Biological and comparative genomic characterization of Staphylococcus aureus phage SJP49-2 and its effects on biofilm biomass

En el mundo de la seguridad alimentaria, un enemigo persistente se esconde a plena vista: Staphylococcus aureus. Esta bacteria es una viajera común en productos cárnicos y lácteos, capaz de causar enfermedades no solo al multiplicarse, sino al liberar toxinas que siguen siendo peligrosas incluso después de que las bacterias mismas han sido eliminadas. El problema se agrava cuando estas bacterias forman biopelículas, que son comunidades viscosas y protectoras que se adhieren a superficies como el acero inoxidable o el plástico en las plantas de procesamiento. Estas comunidades actúan como una fortaleza, protegiendo a las bacterias de los productos de limpieza estándar y haciendo que sean increíblemente difíciles de eliminar. Debido a que estas bacterias pueden sobrevivir en condiciones tan duras, los científicos han estado buscando una forma más precisa de combatirlas, dirigiendo su atención hacia los propios depredadores de la naturaleza: los virus que infectan a las bacterias, conocidos como bacteriófagos. Estos virus son altamente específicos, cazando únicamente a sus objetivos bacterianos mientras dejan otras células ilesas, ofreciendo una herramienta biológica potencial para limpiar los entornos de producción de alimentos sin los químicos agresivos que a veces fallan contra estas biopelículas tan resistentes.

Investigadores en Xinjiang, China, recientemente se propusieron probar un virus específico que habían aislado, llamado SJP49-2, para ver si podía cazar eficazmente a Staphylococcus aureus y desmantelar estas biopelículas protectoras. Comenzaron examinando el virus bajo un microscopio, revelando una estructura típica de su tipo: una cabeza geométrica que contiene su material genético y una cola larga y flexible utilizada para adherirse a las bacterias. Para probar su rango de caza, el equipo expuso el virus a una colección de 92 cepas diferentes de la bacteria. El virus demostró ser un cazador hábil, atacando y destruyendo con éxito 64 de esas cepas, una tasa de éxito de casi el 70 por ciento. Esta amplia capacidad para infectar diferentes versiones de la bacteria sugirió que podría ser una herramienta útil para lidiar con las variadas cepas que se encuentran en entornos alimentarios reales.

El equipo luego sometió al virus a una serie de pruebas de estrés para ver qué tan bien podría sobrevivir a las condiciones que podría encontrar en una planta de procesamiento de alimentos. Lo expusieron a una amplia gama de temperaturas y niveles de acidez. El virus se mantuvo bien en entornos neutros y a temperatura ambiente, pero tuvo dificultades significativas cuando se calentó por encima de los 50 grados Celsius, perdiendo la mayor parte de su capacidad para infectar bacterias después de una hora a temperaturas más altas. Este hallazgo es crucial para las aplicaciones de seguridad alimentaria, ya que sugiere que el virus es más adecuado para su uso en entornos más fríos o como un paso final después del tratamiento térmico, en lugar de ser una herramienta para ser añadida durante la cocción. También mostró que el virus podía sobrevivir en una amplia gama de niveles de pH, permaneciendo activo en entornos que son ligeramente ácidos o ligeramente alcalinos, lo que cubre muchas condiciones encontradas en el procesamiento de alimentos.

A continuación, los investigadores investigaron cómo se desempeñaba el virus contra las bacterias en dos estados diferentes: flotando libremente en líquido y encerradas dentro de una biopelícula. Cuando las bacterias estaban flotando, el virus las impedía multiplicarse eficazmente, especialmente cuando se introducía en grandes cantidades. La verdadera prueba, sin embargo, llegó con las biopelículas. El equipo primero intentó evitar que las biopelículas se formaran añadiendo el virus al principio. En estos casos, el virus redujo la cantidad de biomasa viscosa que se acumuló en casi un 80 por ciento en comparación con las muestras no tratadas. También probaron si el virus podía descomponer las biopelículas que ya se habían formado y endurecido. Esto fue aún más exitoso; cuando se aplicó el virus a biopelículas ya establecidas, redujo la biomasa restante en casi un 95 por ciento. Esto indica que el virus no solo es bueno impidiendo que las bacterias construyan una fortaleza, sino que también es capaz de desmantelar una que ya está en su lugar.

Para ver si estos resultados se mantenían en un entorno alimentario real, los investigadores colocaron las bacterias en cubos estériles de carne de res y las trataron con el virus. Observaron los recuentos bacterianos durante ocho horas. En la carne de res no tratada, las bacterias se multiplicaron rápidamente. En la carne de res tratada con el virus, el número de bacterias fue significativamente menor al final del experimento, y la tasa a la que crecieron fue mucho más lenta. El tratamiento más efectivo, donde el virus se introdujo en la proporción más alta respecto a las bacterias, mantuvo el recuento bacteriano más de dos unidades logarítmicas por debajo del grupo de control. Esto significa que el virus logró limitar el crecimiento de las bacterias en la superficie de la carne, evitando que alcanzaran los números elevados observados en las muestras no tratadas.

Finalmente, el equipo miró dentro del virus para comprender su composición genética. Secuenciaron todo su genoma, que es un círculo relativamente pequeño de ADN que contiene 69 genes. Al comparar este código genético con el de otros 19 virus similares, encontraron que, si bien el virus comparte un conjunto central de genes con sus parientes, también porta una combinación única de otros genes que lo hacen distinto. El análisis genético sugirió que este virus tiene el potencial de entrar en un estado latente dentro de la bacteria, un rasgo conocido como temperancia, en lugar de matar inmediatamente al huésped. Sin embargo, a pesar de este potencial genético, el virus demostró una fuerte actividad antibacteriana en sus experimentos. Los investigadores también escanearon los genes del virus en busca de señales de peligro conocidas, como toxinas que pudieran dañar a los humanos, y no encontraron evidencia de tales amenazas en las bases de datos estándar que consultaron, aunque señalaron que algunos nombres de genes en los datos eran inconsistentes y requerían una interpretación cuidadosa.

El estudio concluye que el SJP49-2 es un candidato prometedor para controlar el Staphylococcus aureus en entornos relacionados con los alimentos. Mata eficazmente a las bacterias, evita que formen la viscosidad protectora y puede descomponer las capas de viscosidad ya existentes, todo ello mostrando un perfil de seguridad que no incluye toxinas humanas conocidas. Si bien el virus es sensible al calor intenso, su capacidad para trabajar en una matriz de carne de res y su amplio rango de actividad contra diferentes cepas bacterianas sugieren que podría ser una valiosa adición al conjunto de herramientas utilizadas para mantener los alimentos seguros. Los investigadores enfatizan que su trabajo proporciona una base sólida para estudios posteriores, particularmente para comprender cómo este virus interactúa con su huésped y cómo sus características genéticas únicas podrían aprovecharse para mejores estrategias de seguridad alimentaria.