Cuando las bacterias se encuentran con organismos sintéticos, ¿qué chispas chocarán?
El 20 de julio, un equipo de investigación de la Universidad de California en San Diego y el Instituto Tecnológico de Massachusetts publicaron sus últimos resultados en la revista Nature, mostrando que construyeron un "circuito genético" en células bacterianas para por primera vez y se insertan genes para sintetizar medicamentos contra el cáncer, convirtiéndolo en una "herramienta" para sintetizar medicamentos contra el cáncer. Lo más sorprendente es que estas bacterias con misiones especiales pueden "autoexplotar" colectivamente en el sitio del tumor para liberar medicamentos contra el cáncer y destruir las células cancerosas.
Esta bacteria reúne la esencia de años de investigación de Jeff Hasty, profesor de bioingeniería y biología. Centrándose en este concepto de diseño, han publicado cuatro artículos relacionados en la revista Nature.
La ventaja de esta bacteria especial es que puede minimizar el daño de los fármacos a los tejidos y células normales circundantes.
Circuitos genéticos: limitar el crecimiento bacteriano y lograr el suicidio colectivo
Considerando que la quimioterapia tradicional no siempre puede llegar con precisión a la zona central de los tumores, pero las bacterias sí pueden, afirma el profesor de Bioingeniería y Biología Jie Geoff Hastie empezó a pensar en utilizar bacterias para administrar medicamentos. Sin embargo, ¿cómo controlan las bacterias con precisión el momento de liberación del fármaco?
Dirigió un equipo de investigación de la Universidad de San Diego para seleccionar subespecies atenuadas de Salmonella enterica y utilizar biología sintética para construir circuitos genéticos en la bacteria. En este circuito genético, las bacterias del microambiente del tumor pueden iniciar la síntesis de fármacos y al mismo tiempo lisar y destruir las células cancerosas.
Este circuito genético mágico contiene un gen que codifica la molécula clave AHL. La molécula AHL es el interruptor maestro que coordina la expresión de genes celulares. Cuando la concentración de moléculas AHL alcanza un umbral, el promotor se activa, activando aún más la expresión de genes posteriores. Al mismo tiempo, debido a que las moléculas de AHL son lo suficientemente pequeñas como para circular entre bacterias, las bacterias vecinas pueden recibir la misma señal para iniciar la expresión genética y lograr la sincronización. Este fenómeno en cadena se denomina "detección de quórum".
La detección de quórum es una forma de mantener el "contacto" entre bacterias. Controla el número de bacterias sintetizando y liberando moléculas señal, de modo que la colonia pueda coordinarse al mismo "ritmo".
Los científicos son tan inteligentes que utilizan esta función para lograr una gestión unificada de la flora bacteriana. Lo que es más interesante es que agregaron un gen suicida al circuito, de modo que cuando la cantidad de bacterias alcance una cierta concentración, ¡lo romperán colectivamente!
Por supuesto, una pequeña cantidad de bacterias sobrevivirá y luego entrará en el siguiente ciclo.
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Diagrama del circuito genético y patrón de liberación de fármacos
Detección de combinaciones de fármacos adecuadas
Después de resolver el problema del manejo sincronizado de la flora bacteriana, los investigadores comienzan a realizar pruebas de detección medicamentos anticancerígenos adecuados. Seleccionaron tres proteínas medicinales, todas las cuales pueden inhibir el crecimiento tumoral. Los resultados mostraron que el fármaco era más eficaz cuando se combinaban estas tres proteínas.
Así, insertaron estos genes codificadores de proteínas en circuitos genéticos. El profesor Tal Danino, autor de este artículo, dirigió un equipo que utilizó ratones con cáncer como modelo y descubrió que este grupo especial de bacterias puede sintetizar suficientes proteínas para combatir las células cancerosas. En particular, esta terapia bacteriana combinada con quimioterapia mostrará mejores efectos terapéuticos.
Aunque este nuevo método no curó a los ratones con cáncer, podría prolongar significativamente el tiempo de supervivencia de los ratones enfermos (alrededor del 50%). A continuación, los investigadores planean seleccionar bacterias presentes en el microambiente del tumor y diseñarlas utilizando biología sintética para crear un panel de tratamiento. Al mismo tiempo, llevarán a cabo más investigaciones para garantizar la estabilidad de los circuitos genéticos de las bacterias y reducir el riesgo de mutaciones genéticas.
La realización de esta teoría es inseparable de la "detección de quórum". Aunque los resultados de la investigación actual aún se encuentran en la etapa de experimentación con animales, se trata de un enfoque nuevo y con visión de futuro que nos abre nuevos horizontes en la lucha contra el cáncer.
En resumen, este experimento basado en modelos animales completó con éxito la primera prueba de concepto del uso de biología sintética para transformar bacterias y lograr la administración dirigida de medicamentos contra el cáncer.