Aislamiento y caracterización de fagos virulentos de bacterias uropatógenas multirresistentes y formadoras de biofilms

Abstract

Las infecciones del tracto urinario (ITU) son de las más frecuentes a nivel mundial, y la creciente resistencia a antibióticos ha dificultado su tratamiento. En este contexto, la fagoterapia, que utiliza bacteriófagos (o fagos), ha resurgido como alternativa terapéutica. Los fagos son virus que infectan de forma selectiva a las bacterias, y son útiles para combatir infecciones. Este trabajo se enfocó en el aislamiento y caracterización de fagos virulentos con potencial uso clínico. Se generó una colección de 17 fagos aislados en Uruguay a partir de aguas residuales, activos frente a cepas de Klebsiella pneumoniae y Escherichia coli, agentes etiológicos de las ITU. Los fagos fueron capaces de lisar la mitad de las cepas clínicas ensayadas, incluidas uropatógenas. Cuatro fagos candidatos (KP4, KP9, KP13 y EP1) fueron seleccionados para estudios más detallados. Todos mostraron estabilidad térmica en entre 4°C y 42°C, y en un rango de pH de 5 a 9. Además, lograron controlar el crecimiento bacteriano en cultivos líquidos, con distintas eficiencias. Mediante microscopía electrónica se constató que todos presentan morfología myovirus (simetría binaria cabeza-cola contráctil) y mediante análisis genómicos, se confirmó que todos pertenecen a la clase Caudoviricetes. Ninguno de los fagos cuenta con genes de resistencia, virulencia o lisogenia, lo cual respalda su uso terapéutico. Además, se evaluó su actividad frente a biofilms, donde EP1 y otros fagos con morfología de placa de lisis con halo lograron reducir significativamente la biomasa de biofilms preformados, sugiriendo la presencia de enzimas depolimerasas. Estos resultados destacan el potencial de la colección no solo para terapia fágica, sino también para otras aplicaciones como biocontrol en superficies. Este trabajo constituye el primer estudio académico público en Uruguay en aislar y caracterizar fagos locales con fines terapéuticos, y establece bases metodológicas, y científicas para el desarrollo futuro del área, promoviendo la investigación abierta en un campo con alto valor biotecnológico.

Urinary tract infections (UTI) are among the most common worldwide, and the increasing antibiotic resistance has hindered their treatment. In this context, phage therapy, which uses bacteriophages (or phages), has re-emerged as a therapeutic alternative. Phages are viruses that selectively infect bacteria and are useful in combating infections. This study focused on the isolation and characterization of virulent phages with potential clinical use. A biobank of 17 phages isolated in Uruguay from wastewater was generated; these phages are active against strains of Klebsiella pneumoniae and Escherichia coli, etiological agents of UTI. The phages were able to lyse half of the clinical strains tested, including uropathogenic strains. Four candidate phages (KP4, KP9, KP13, and EP1) were selected for detailed studies. All showed thermal stability between 4°C and 42°C and within a pH range of 5 to 9. Additionally, they were able to control bacterial growth in liquid cultures, with varying levels of efficiency. Electron microscopy revealed that all exhibit myovirus morphology (icosahedral head and contractile tail), and genomic analyses confirmed that they all belong to the class Caudoviricetes. None of the phages carry resistance, virulence, or lysogeny genes, supporting their therapeutic potential. Their activity against biofilms was also evaluated, where only EP1 and phages producing lysis plaques with halos significantly reduced the biomass of preformed biofilms, suggesting the presence of depolymerase enzymes. These results highlight the potential of the biobank not only for phage therapy but also for other applications such as biocontrol on surfaces. This work represents the first academic study in Uruguay to isolate and characterize local phages for therapeutic purposes, establishing methodological and scientific foundations for future development in the field, and promoting open research in an area with high biotechnological value.