Notas de Ciencia – Horacio Salazar
En la película Capitán América: el primer vengador, los científicos estadunidenses tomaron a Steve Rogers, un soldado flacucho y enfermizo, y lo sometieron a un tratamiento experimental que produjo un supersoldado. Eso fue en el cine. ¿Y en la vida real? Bueno, digámoslo así: científicos de Singapur tomaron a una bacteria ordinaria y la modificaron de tal modo que se convirtió en una superbacteria capaz de aniquilar a otra bacteria causante de muchos problemas de salud en el mundo.
No es ciencia ficción. Es ciencia de avanzada que bien podría estar apuntando hacia el modo en que la medicina del futuro enfrentará el problema de las enfermedades infecciosas. Porque lo que en verdad diseñaron los investigadores de Singapur es la tecnología para armar un misil biológico a partir de componentes para cumplir varias funciones a nivel celular.
Uno de los protagonistas de esta historia es el biólogo sintético Matthew Wook Chang, de la Universidad Tecnológica Nanyang. Chang tiene años persiguiendo la construcción de superbacterias, y en 2011 su equipo publicó un reporte titulado “Modificar microbios para detectar y erradicar Pseudomonas aeruginosa, un patógeno humano”.
En ese reporte, Chang y sus colaboradores explicaron las modificaciones genéticas que le hicieron a una cepa de la bacteria Escherichia coli, muy abundante en el tracto digestivo humano, y que la transformaron en un “sistema genético sintético” provisto de mecanismos para lograr tres propósitos: primero, detectar la presencia de P. aeruginosa; segundo, producir internamente un péptido tóxico llamado piocina, capaz de matar células de P. aeruginosa; tercero, disolver la membrana celular de la bacteria kamikaze, de modo que libere la piocina en las inmediaciones de la bacteria patógena.
Los resultados que reportaron Chang et al en 2011 eran impresionantes: la superbacteria era capaz de detectar y matar células de P. aeruginosa reduciendo en 99 por ciento las células viables. Pero además, las colonias de la bacteria patógena se envuelven en una biopelícula que las protege de la destrucción mientras están en estado latente, pero la superbacteria fue capaz de inhibir la formación de biopelículas en 90 por ciento.
En el resumen del reporte, los autores afirmaron que “estos resultados sugieren que E. coli trasportando nuestro sistema genético sintético puede proveer una novedosa estrategia antimicrobiana de acción biológica que potencialmente podría aplicarse a combatir P. aeruginosa y otros patógenos infecciosos”. Más elocuente, la conclusión asevera:
Como prueba de concepto, E. coli, un habitante natural del tracto gastrointestinal, se eligió como chasís en este estudio. El marco de biología sintética y los dispositivos genéticos desarrollados en este trabajo potencialmente podrían transferirse a otro chasís microbiano como los probióticos o los microbios residentes del tracto respiratorio superior. Más aún, este estudio presenta la posibilidad de modificar microbiota potencialmente benéfica para convertirla en bioagentes terapéuticos para controlar la infección por Pseudomonas. Dado el desarrollo estancado de nuevos antibióticos y la emergencia creciente de patógenos resistentes a múltiples fármacos, este estudio proporciona el cimiento de una novedosa estrategia antimicrobiana impulsada por la biología sintética que podría extenderse para incluir a otros patógenos como Vibrio cholera y Helicobacter pylori.
Dos años más tarde, la superbacteria de Chang y su equipo ha desarrollado nuevas capacidades, y el pasado 10 de septiembre ACS Synthetic Biology publicó su nuevo reporte: “Cómo reprogramar microbios para convertirlos en asesinos buscadores de patógenos”.
La diferencia más importante entre la superbacteria de 2011 y la de 2013 es que ya no se necesita un desenlace kamikaze: en vez de usar piocina para matar a las células de P. aeruginosa, las bacterias modificadas utilizan un péptido llamado microcina S (MccS). Combinando el hecho de que es una molécula más pequeño con modificaciones a la maquinaria celular de E. coli, los científicos consiguieron que, al acercarse a la bacteria patógena, la superbacteria no la mate rompiendo su propia membrana celular: ahora la superbacteria secreta moléculas de MccS y sigue viva para atacar a otras células invasoras. El resultado primario de esto es que si antes se requerían cuatro células de E. coli para aniquilar a cada célula de P. aeruginosa, ahora la relación es una a una.
Hay más rasgos importantes en la superbacteria 2013. En primer lugar, utiliza una nucleasa llamada DNasa I para eliminar la biopelícula protectora de las colonias de P. aeruginosa disolviendo los ácidos nucleicos que la mantienen unida.
El sistema detector es ahora más sofisticado. La bacteria invasora utiliza una molécula especial para realizar un proceso llamado detección de quórum, por el cual la colonia de P. aeruginosa mide qué tan densa es la colonia. La bacteria E. coli modificada es capaz de detectar estas moléculas y de fijar a cada una de ellas una proteína. Un subsistema le permite captar la concentración aumentada y con ello inicia la producción aumentada del péptido letal.
En tercer lugar, la nueva E. coli tiene un sistema de quimiotaxis, es decir, cuando capta concentraciones más altas de la molécula usada para la detección de quórum, el sistema induce a la bacteria a moverse hacia la zona de mayor concentración.
En otras palabras, la nueva Escherichia coli que sacaron de su laboratorio Chang y colaboradores es capaz de detectar más claramente la presencia de la bacteria patógena Pseudomona aeruginosa, puede moverse hacia ella, regular su producción del péptido matapatógenos y, una vez cerca de su blanco, secretar las moléculas necesarias para acabar con la P. aeruginosa, tanto en estado libre como envuelta en biopelícula protectora.
William Bentley, otro biólogo sintético que no participó en el proyecto y que trabaja en la Universidad de Maryland en College Park, elogió el trabajo señalando que la principal innovación de Chang y su equipo fue el integrar varias tecnologías en una sola bacteria llena de potencial terapéutico.
¿Y qué resultados dieron las bacterias modificadas? Chang infectó a ratones de laboratorio con P. aeruginosa y luego les alimentó bacterias: a unos les dio bacterias E. coli ordinarias; a otros les dio su superbacterias. Y los resultados fueron claros: los que recibieron las bacterias E. coli modificadas tenían menos patógenos y además no parecieron sufrir efectos secundarios debidos al tratamiento.
Eventualmente llegará el día en que, traspuestos los obvios obstáculos regulatorios, será posible tener sistemas antipatógenos de alta especificidad que nos ayuden no sólo a combatir las infecciones clínicas, sino, volviendo a las metáforas militares, a diseñar ataques preventivos. ¿Cómo? Dando a personas de alta susceptibilidad a infecciones dosis apropiadas de E. coli modificadas. Estas bacterias se alojarían en el tracto gastrointestinal y ahí esperarían durmientes a que aparecieran los indicios delatores de una invasión. Entonces se activarían y dirigirían contra las células invasoras un verdadero ataque quirúrgico de muy alta especificidad.
http://notasdeciencia.com/2013/10/como-disenar-una-bacteria-que-mate-patogenos/
