¿Por qué los bacteriófagos son tan abundantes, incluso cuando se los compara con la cantidad de bacterias?

Los fagos generalmente se encuentran diez veces más bacterias y arqueas en la mayoría de los ambientes [1]. Dado que hay al menos 10 ^ 30 bacterias en la Tierra, eso es un montón de fagos. Pero si nos fijamos en la biomasa, en lugar del número, la pregunta más interesante podría ser “¿por qué no hay más bacteriófago?”

Un fago típico tiene una masa de 0.1 – 1 femtogram, en comparación con una masa bacteriana típica de un picogram [2]. Entonces, incluso en una proporción numérica de 10: 1, la masa de fagos en el mundo está entre 0,1 y 1% de la masa bacteriana.

Eso está en el extremo inferior de lo que se esperaría de un depredador exitoso. La masa de una población de depredadores suele ser del 1 al 15% de la de su presa [3]: la regla del 10% de los niveles tróficos.

¿Por qué los fagos son tan infructuosos para convertir la biomasa bacteriana en biomasa de fagos? La carrera de la Reina Roja entre el fago y el anfitrión debería resolverse aproximadamente en un sorteo: ni los ataques de fagos ni las defensas del huésped (como los sistemas de restricción y modificación y el CRISPR) van a “desubicar” al otro.

En cambio, sugiero que el éxito del fago está limitado por un límite fundamental impuesto por su modo de encontrar y atacar a sus huéspedes, es decir, por la velocidad de difusión de las partículas grandes. Aunque los bacteriófagos son más eficientes para encontrar y unirse de forma irreversible a un hospedador de lo que sería predicho por un modelo de difusión simple [4], esta tasa es aún bastante lenta. Una buena regla general para la tasa de infección de fagos es de 10 ^ -9 min / ml.

La concentración de bacterias en las capas superiores de agua de mar es de aproximadamente 10 ^ 6 / ml, y por lo tanto, los fagos están presentes a aproximadamente 10 ^ 7 / ml [5]. Estas bacterias son diversas, y los fagos son bastante específicos: la fracción de bacterias que un fago en particular podría infectar con éxito probablemente no sea más del 1 al 10% del total en el mejor de los casos. Por lo tanto, usando la regla general anterior, la tasa de infección observada será de 10 ^ 7 fagos / ml x 10 ^ -9 min / ml x (0.01 – 0.1) hospedante / fago adecuado = 1 infección exitosa por fago por (10,000 – 1000) minutos. Eso es bastante lento, y probablemente sea casi el mismo que el índice de degradación de los fagos por el calor, la radiación UV, etc. El fago puede ser numéricamente abundante, pero en realidad apenas se sostienen.

Dada su posición en el extremo inferior de su nivel trófico, parecería que la depredación activa (usar energía para buscar comida / presas activamente) es una estrategia más exitosa que el método pasivo utilizado por los fagos.

Notas a pie de página

[1] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/…

[2] http: //bionumbers.hms.harvard.ed…

[3] El flujo de energía: niveles tróficos más altos

[4] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/…

[5] Un censo mundial de microbios marinos