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| Crédito: turek / Pexels |
A medida que avanza la tecnología médica, muchas enfermedades podrían detectarse, prevenirse y curarse con células, en lugar de pastillas.
Esta rama de la medicina se denomina terapia celular. Ya se usa en la práctica clínica en algunas situaciones, como pacientes que reciben trasplantes microbianos fecales ("trasplantes de caca") cuando tienen una infección gastrointestinal grave, o un trasplante de médula ósea para tratar el cáncer de sangre.
Usando biología sintética, también podemos diseñar células nuevas y mejoradas que podrían ayudarnos a controlar diversas enfermedades. En un nuevo estudio publicado hoy en Science, mis colegas y yo describimos cómo diseñamos bacterias para detectar con éxito las células cancerosas.
Aprovechamiento de bacterias competentes
Nuestro proyecto comenzó con una presentación del biólogo sintético Rob Cooper durante la reunión de laboratorio semanal de nuestro colega Jeff Hasty en la Universidad de California en San Diego. Rob estaba estudiando genes y transferencia de genes en bacterias.
Los genes son la unidad fundamental de la herencia genética. Son las cosas que te dan la sonrisa de tu madre o el color de ojos de tu padre.
La transferencia de genes (o herencia) es el proceso por el cual los genes se transmiten de una célula a otra. Pueden heredarse verticalmente, cuando una célula replica su ADN y se divide en dos células separadas. Esto es lo que sucede en la reproducción y cómo los niños heredan el ADN de sus padres.
Sin embargo, los genes también pueden heredarse horizontalmente, cuando el ADN se transmite entre células no relacionadas, fuera de la herencia de padres a hijos.
La transferencia horizontal de genes es bastante común en el mundo microbiano. Ciertas bacterias pueden salvar genes del ADN libre de células que se encuentran en su entorno inmediato. Este ADN flotante se libera cuando las células mueren. Cuando las bacterias aspiran ADN libre de células en sus células, se llama competencia natural.
Entonces, las bacterias competentes pueden tomar muestras de su entorno cercano y, al hacerlo, adquirir genes que pueden proporcionarles una ventaja.
Después de la charla de Rob, nos involucramos en algunas especulaciones frenéticas. Si las bacterias pueden tomar ADN, y el cáncer se define genéticamente por un cambio en su ADN, entonces, en teoría, las bacterias podrían diseñarse para detectar el cáncer.
El cáncer colorrectal parecía una prueba lógica de concepto, ya que el intestino no solo está lleno de microbios, sino que también está lleno de ADN tumoral cuando lo ataca el cáncer.
Ponemos a prueba la bacteria
Acinetobacter baylyi, una bacteria naturalmente competente, fue elegida para ser el biosensor experimental, una célula detectora de enfermedades.
Nuestro equipo modificó el genoma de A. baylyi para que contenga secuencias largas de ADN que reflejen el ADN que se encuentra en un gen de cáncer humano que nos interesaba capturar. Estas secuencias de ADN "complementarias" funcionaron como plataformas de aterrizaje pegajosas: cuando las bacterias absorbían el ADN tumoral específico, era más probable que se integrara en el genoma bacteriano.
Era importante integrar, mantener en su lugar, el ADN del tumor. Al hacerlo, podríamos activar otros genes integrados, en este caso un gen de resistencia a los antibióticos, como una señal para detectar el cáncer.
La señal funcionaría de la siguiente manera: si las bacterias pudieran crecer en placas de cultivo cargadas de antibióticos, su gen de resistencia a los antibióticos estaría activo. Por lo tanto, habían detectado el cáncer.
Llevamos a cabo una serie de experimentos en los que nuestros nuevos biosensores bacterianos y células tumorales se unieron en sistemas cada vez más complejos.
Inicialmente, simplemente marinamos el biosensor con ADN tumoral purificado. Es decir, le presentamos a nuestro biosensor el ADN exacto para el que fue construido y funcionó. A continuación, cultivamos el biosensor junto con células tumorales vivas. Nuevamente, detectó el ADN del tumor.
Finalmente, entregamos el biosensor en ratones vivos que tenían o no tenían tumores. En un modelo de ratón de cáncer colorrectal, inyectamos células de cáncer colorrectal de ratón en el colon mediante colonoscopia de ratón.
Durante varias semanas, los ratones a los que se les inyectaron células cancerosas desarrollaron tumores, mientras que los ratones a los que no se les inyectó sirven como grupo de comparación sano. Nuestro biosensor discriminó perfectamente entre ratones con y sin cáncer colorrectal.
Comienzo prometedor de CATCH, pero se necesitan más pruebas
Después de estos resultados alentadores, modificamos aún más la bacteria. El biosensor ahora puede diferenciar los cambios de un solo par de bases dentro del ADN del tumor, lo que permite una precisión ajustada en la forma en que detecta y se dirige a los genes. Hemos llamado a esta tecnología CATCH: ensayo celular para transferencia de genes horizontal discriminada por CRISPR. (cellular assay for targeted, CRISPR-discriminated horizontal gene transfer por sus siglas en inglés).
CATCH es una gran promesa. Esta tecnología utiliza ADN libre de células como nuevo insumo para circuitos biológicos sintéticos y, por lo tanto, para la detección de una variedad de enfermedades diferentes, en particular infecciones y cánceres.
Sin embargo, aún no está listo para ser utilizado en la clínica. Estamos trabajando activamente en los próximos pasos: aumentar la eficiencia de la detección de ADN, evaluar de manera más crítica el rendimiento de este biosensor en comparación con otras pruebas de diagnóstico y, por supuesto, garantizar la seguridad del paciente y del medio ambiente.
Sin embargo, el aspecto más emocionante de la atención médica celular no está en la mera detección de enfermedades. Un laboratorio puede hacer eso.
Pero lo que un laboratorio no puede hacer es emparejar la detección de la enfermedad (un diagnóstico) con las células que realmente responden a la enfermedad con un tratamiento adecuado.
Esto significa que los biosensores se pueden programar para que una señal de enfermedad, en este caso, una secuencia específica de ADN libre de células, pueda desencadenar una terapia biológica específica, directamente en el lugar donde se detecta la enfermedad en tiempo real.
Agradecimientos: Estoy agradecido de ser parte de este increíble equipo que incluye al profesor Jeff Hasty, el Dr. Rob Cooper, la profesora asociada Susan Woods y la Dra. Josephine Wright. La conversación
Dan Worthley, gastroenterólogo y científico del cáncer, Instituto de Investigación Médica y de Salud de Australia Meridional
Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons.