Logran ‘hackear’ bacterias para detectar enfermedades en tiempo real

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Científicos de Harvard reprograman bacterias para que ayuden en el diagnóstico de enfermedades.

Sus resultados, publicados en la revista Nature Biotechnology, muestran que es posible que los sensores biológicos se mantengan durante al menos seis meses.

Imagínese que el día de mañana pudiera tomarse una cápsula que diagnosticase de forma inmediata el problema digestivo que sufre desde hace tiempo.

Tras tomar dicho comprimido, el sistema podría detectar cuál es el trastorno que tiene y actuar en consecuencia para aliviar los síntomas que padece.

Esta pastilla futurista no está compuesta de ningún medicamento tradicional, sino que sus ingredientes serían unos seres vivos tan invisibles como útiles: las bacterias.

Gracias a ellas, los pacientes podrían consumir un auténtico sensor biológico que diagnosticaría sus enfermedades en tiempo real y sería capaz de tratarlas directamente.

Esta situación imaginaria está mucho más cerca de lo que podríamos pensar.

Un equipo de la Universidad de Harvard ha logrado ‘hackear’ bacterias para que sean capaces de diagnosticar enfermedades que afectan al sistema digestivo.

Los científicos han demostrado que es posible reprogramar los circuitos genéticos de un microorganismo, Escherichia coli, para transformarlo en un sensor biológico que detecte problemas inflamatorios en el intestino.

Estos trastornos suelen aparecer en enfermedades como la colitis ulcerosa o el síndrome de Crohn, dos patologías que provocan inflamación y síntomas como fuertes dolores abdominales, pérdida de peso o fiebre.

El avance presentado hoy podría mejorar el diagnóstico y el tratamiento de estas enfermedades y otras patologías diferentes como el cáncer.

El grupo dirigido por la Dra. Pamela Silver manipuló los circuitos genéticos de las bacterias con el fin de que pudieran detectar la inflamación que padecían los ratones utilizados en el experimento.

Los científicos tenían como objetivo que su sensor biológico, una vez construido, pudiera diagnosticar dicha inflamación estudiando la presencia de una sustancia, denominada tetrationato, que actúa como marcador.

Para ello, los investigadores utilizaron dos tipos de modelos animales: por un lado, algunos de los ratones examinados fueron infectados con el patógeno Salmonella; por otro lado, el segundo grupo de roedores sufrían inflamación crónica al carecer de una proteína llamada interleucina-10.

A continuación, los investigadores diseñaron un circuito genético muy sofisticado y lo insertaron dentro de las bacterias.

El objetivo era que los microorganismos, en el caso de detectar la presencia del tetrationato, activasen el sistema y se ‘encendiera’ un gen de forma estable.

En otras palabras, el mecanismo funciona como si una pistola detectase de forma automática la presencia de un muñeco de trapo en el ambiente.

En caso de haberlo, el arma se disparará y será posible determinar si lo ha hecho rastreando la presencia de pólvora.

El circuito genético diseñado por los científicos funciona de manera similar, solo que en su caso se sabía si había o no tetrationato, el marcador de la inflamación, analizando los microorganismos presentes en las heces de los ratones.

“El trabajo es muy bueno. Es la primera vez que se logra que bacterias respondan a moléculas generadas de forma endógena”, explica el Dr. Luis Ángel Fernández, jefe del grupo de investigación sobre ingeniería de bacterias para aplicaciones biomédicas del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC).

El científico, que no ha participado en el estudio de Nature Biotechnology, destaca que la idea de desarrollar sensores biológicos que respondieran ante la presencia de un determinado compuesto químico no es del todo novedosa.
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El grupo del investigador español Víctor de Lorenzo, por ejemplo, fue capaz de diseñar una bacteria que activaba sus circuitos si existía una sustancia contaminante, conocida como tolueno, en el medio ambiente.

La ingeniería de microorganismos con aplicaciones biomédicas, sin embargo, sí es una aplicación bastante más innovadora.

Fernández señala que los investigadores han utilizado Escherichia coli, un tipo de bacterias que colonizan el tracto gastrointestinal y que, una vez ‘hackeadas’, pueden detectar moléculas que se producen en presencia de un proceso inflamatorio.

“Analizando posteriormente las heces de los animales se puede ver si hay o no actividad enzimática, es decir, si los microorganismos han sido capaces de ‘sentir’ la molécula y registrarlo”, afirma.

En el futuro, los investigadores esperan que sea posible llevar a cabo el diagnóstico en tiempo real de enfermedades.

“Podría hacerse, pero es más complicado: tendrían que hacer que la bacteria produjera un compuesto fácilmente monitorizable”, aclara Fernández.

Por ejemplo, sería factible realizar ese tipo de detección si los microorganismos sintetizaran una sustancia que provocase un cambio de color en las heces o la orina.

Los resultados publicados en Nature Biotechnology muestran que es posible utilizar microbios que colonicen el intestino de ratones durante más de 200 días.

Asimismo, los científicos de Harvard han probado que los circuitos genéticos diseñados son estables, según comprobaron tras realizar la secuenciación masiva del genoma bacteriano.

Este es el primer estudio que logra utilizar sensores biológicos para detectar in vivo una enfermedad en mamíferos.

En opinión de Fernández, la aproximación podría estudiarse en seres humanos en menos tiempo del que podríamos pensar, ya que lo más difícil (la ingeniería de los circuitos) ya está hecho.

“Tendrían que cambiar de cepa y utilizar microorganismos que colonicen bien en humanos”, sostiene.

A partir de ahí, los científicos deberían determinar si el biosensor resulta seguro y funciona de manera adecuada.

Además existen otros otros dos desafíos pendientes sobre el uso de bacterias como sensores biológicos en medicina.

Por un lado, el investigador del CNB-CSIC apunta que esta aproximación podría ser empleada para realizar el diagnóstico precoz del cáncer, siempre que los microorganismos pudieran detectar moléculas secretadas por las células tumorales.

Por otro lado, un reto importante sería tratar que los sensores no solo fueran capaces de registrar moléculas como el tetrationato, sino que las bacterias también pudieran segregar compuestos para combatir el problema.

En el caso planteado en Nature Biotechnology, lo ideal sería no solo detectar el marcador de inflamación, sino que los propios microorganismos pudieran liberar moléculas de carácter antiinflamatorio y solucionasen el problema.

El trabajo presentado hoy, no obstante, es un primer paso para aplicar estos sensores biológicos en medicina.

Si logran demostrar su seguridad y eficacia en estudios con otros modelos animales y en ensayos en seres humanos, quizás en un futuro podamos ver este tipo de sistemas de forma habitual en la práctica clínica.

Fuente: Hipertextual