Bacterias kamikazes
Micrografía electrónica de barrido coloreada (SEM) de Pseudomonas aeruginosaCDC/ JANICE HANEY CARR
Investigadores han construido una nueva bacteria sintética que detecta Pseudomonas aeruginosa, una bacteria común microbio y una de las principales causas de infecciones hospitalarias, y explota, liberando antimicrobianos que matan a los invasores. Los resultados, publicados hoy (16 de agosto) en Molecular Systems Biology, sugieren que las bacterias modificadas podrían eventualmente usarse para prevenir o tratar la infección por P. aeruginosa en humanos.
"El documento establece un uso innovador de la biología sintética para diseñar microbios para llevar a cabo funciones que normalmente no harían", a saber, matar otras bacterias , dijo William Bentley, presidente del Departamento de Bioingeniería de Fischell en la Universidad de Maryland en College Park, quien no participó en la investigación.
P. aeruginosa es una bacteria infecciosa que coloniza el tracto respiratorio y gastrointestinal humano y rápidamente desarrolla resistencia a los antibióticos. La bacteria causa alrededor del 10 por ciento de todas las adquiridas en hospitales…
Así que Chueh Loo Poh y Matthew Wook Chang de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur decidieron idear una nueva forma de combatir el microbio con otra bacteria. Específicamente, sus equipos diseñaron bacterias Escherichia coli para detectar moléculas involucradas en P. aeruginosa quorum sensing, llamadas acil homoserina lactonas. La liberación de estas moléculas por P. aeruginosa desencadenó la ingeniería E. coli para producir piocina S5, una proteína antibiótica que normalmente no produce E. coli y que se ha demostrado que mata a P. aeruginosa. En el proceso de liberación de la piocina S5, las bacterias diseñadas explotaron y se suicidaron.
«Ese fue un aspecto muy inteligente de este trabajo, diseñar un sistema de administración que creciera y se replicara hasta que encontrara su objetivo, y luego se mataría a sí mismo y a su objetivo al mismo tiempo», dijo la microbióloga Beth Lazazzera de la Universidad de California en Los Ángeles, que no participó en el estudio.
Los equipos de Poh y Chang probaron la eficacia de la bacteria modificada contra P. aeruginosa cultivada en medios de flotación libre o en un ensayo de biopelícula, y descubrió que las bacterias modificadas inhibían el crecimiento de P. aeruginosa y previno la formación de biopelículas.
El hecho de que los científicos diseñaron la bacteria asesina para detectar P. aeruginosa, las moléculas únicas de detección de quórum que permiten a las bacterias controlar la densidad celular de la población y, a su vez, regular el desarrollo, la virulencia y otros procesos sugieren que una estrategia similar puede resultar exitosa para otros microbios de detección de quórum, como Vibrio cholera y Helicobacter pylori. El laboratorio de John March en la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York, por ejemplo, ya ha creado bacterias modificadas que se dirigen a V. cholerae a través de sus moléculas de detección de quórum, y el grupo ha demostrado que el enfoque puede proteger contra el cólera en un modelo de ratón.
«Podemos desarrollar fácilmente otro tipo de bacterias diseñadas para atacar otros patógenos infecciosos «, dijo Chang, un ingeniero químico y biomolecular. Primero, sin embargo, el grupo planea probar su nuevo sistema en ratones que han sido infectados con P. aeruginosa, y esperan tener resultados en los próximos años.
Si la ingeniería E. coli tienen éxito en modelos de ratones y otros estudios futuros, Poh y Chang prevén que podrían administrarse en una bebida probiótica que los pacientes inmunocomprometidos podrían tomar para prevenir infecciones. Debido a que no se sabe que las bacterias sean dañinas, podrían vivir en el tracto intestinal, donde E. coli son naturalmente abundantes, hasta que encontraron una infección. Además, la piocina S5 no mata a E. coli u otros microbios, lo que significa que el tratamiento no afectaría a los habitantes simbióticos del cuerpo, dijeron Chang y Poh.
Pero quedan algunas preguntas a medida que el grupo avanza hacia los experimentos in vivo. Por ejemplo, no está claro si las bacterias manipuladas podrán localizar P. aeruginosa dentro de los organismos infectados. «No es obvio que necesariamente los encontraría», señaló Bentley. «No hay nada que lleve a E. coli a Pseudomonas«. Se podrían agregar otros tipos de moléculas de detección de quórum que actúan como mecanismos de búsqueda al sistema de Chang y Poh para garantizar que las bacterias diseñadas se dirijan más fácilmente a la infección, agregó Bentley.
N. Saeidi, et al., «Ingeniería de microbios para detectar y erradicar Pseudomonas aeruginosa, un patógeno humano», Molecular Systems Biology, 7: 521, 2011.
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