En la búsqueda de nuevas formas de matar bacterias dañinas, los científicos han recurrido a un depredador natural: los virus que infectan a las bacterias. Al modificar los genomas de estos virus, conocidos como bacteriófagos, los investigadores esperan personalizarlos para atacar cualquier tipo de bacteria patógena.
Para ayudar a lograr ese objetivo, los ingenieros biológicos del MIT han ideado un nuevo sistema de combinación para combinar genéticamente virus que atacan a bacterias específicas. Este enfoque podría generar nuevas armas contra bacterias para las cuales no hay antibióticos efectivos, dice Timothy Lu,profesor asociado de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación e ingeniería biológica.
"Estos bacteriófagos están diseñados de una manera relativamente modular. Puede tomar genes e intercambiarlos dentro y fuera y obtener un fago funcional que tiene nuevas propiedades", dice Lu, autor principal de un artículo que describe este trabajo en septiembre23 edición de la revista Sistemas celulares .
Estos bacteriófagos también podrían usarse para "editar" comunidades microbianas, como la población de bacterias que viven en el intestino humano. Hay billones de células bacterianas en el tracto digestivo humano, y aunque muchas de ellas son beneficiosas, algunas pueden causarenfermedad. Por ejemplo, algunos informes han relacionado la enfermedad de Crohn con la presencia de ciertas cepas de E. coli .
"Nos gustaría poder eliminar miembros específicos de la población bacteriana y ver cuál es su función en el microbioma", dice Lu. "A más largo plazo, podría diseñar un fago específico que mata a ese insecto pero no lo hace"t mata a los otros, pero se necesita más información sobre el microbioma para diseñar eficazmente tales terapias ".
El autor principal del artículo es Hiroki Ando, científico investigador del MIT. Otros autores son el científico investigador del MIT Sebastien Lemire y Diana Pires, investigadora de la Universidad de Minho en Portugal.
virus personalizables
La Administración de Drogas y Alimentos ha aprobado un puñado de bacteriófagos para tratar productos alimenticios, pero los esfuerzos para aprovecharlos para uso médico se han visto obstaculizados porque aislar fagos útiles del suelo o las aguas residuales puede ser un proceso tedioso y lento. Además, cada unola familia de bacteriófagos puede tener una organización genómica y un ciclo de vida diferentes, lo que dificulta su ingeniería y plantea desafíos para la aprobación regulatoria y el uso clínico.
El equipo del MIT se propuso crear un andamiaje genético estandarizado para sus fagos, que luego podrían personalizar reemplazando los genes uno a tres que controlan los objetivos bacterianos de los fagos.
Muchos bacteriófagos consisten en una región de la cabeza unida a una cola que les permite engancharse a sus objetivos. El equipo del MIT comenzó con un fago de la familia T7 que mata naturalmente Escherichia coli . Al intercambiar diferentes genes por la fibra de la cola, generaron fagos que se dirigen a varios tipos de bacterias.
"Mantiene la mayoría del fago igual y todo lo que está cambiando es la región de la cola, que dicta cuál es su objetivo", dice Lu.
Para encontrar genes para intercambiar, los investigadores revisaron las bases de datos de genomas de fagos en busca de secuencias que parecen codificar la sección clave de fibra de cola, conocida como gp17.
Después de que los investigadores identificaron los genes que querían insertar en su andamio de fagos, tuvieron que crear un nuevo sistema para realizar la ingeniería genética. Las técnicas existentes para editar genomas virales son bastante laboriosas, por lo que los investigadores idearon un enfoque eficiente enque insertan el genoma del fago en una célula de levadura, donde existe como un "cromosoma artificial" separado del genoma de la célula de levadura. Durante este proceso, los investigadores pueden intercambiar genes fácilmente dentro y fuera del genoma del fago.
"Una vez que tuvimos ese método, nos permitió identificar muy fácilmente los genes que codifican las colas y diseñarlos o intercambiarlos de otros fagos", dice Lu. "Puede usar la misma estrategia de ingeniería una y otra vezterminado, así que eso simplifica ese flujo de trabajo en el laboratorio "
Un ataque dirigido
En este estudio, los investigadores diseñaron fagos que pueden atacar a las bacterias patógenas Yersinia y Klebsiella, así como a varias cepas de E. coli . Todos estos son parte de un grupo conocido como bacterias Gram-negativas, contra el cual hay pocos antibióticos nuevos. Este grupo también incluye microbios que pueden causar infecciones respiratorias, urinarias y gastrointestinales, como neumonía, sepsis, gastritis y legionarios' enfermedad.
Una ventaja de los fagos modificados es que, a diferencia de muchos antibióticos, son muy específicos en sus objetivos ". Los antibióticos pueden matar gran parte de la buena flora intestinal", dice Lu. "Nuestro objetivo es crear un método eficaz y angosto"métodos de espectro para atacar a los patógenos "
Lu y sus colegas ahora están diseñando fagos que pueden apuntar a otras cepas de bacterias dañinas, que podrían tener aplicaciones como la pulverización de cultivos o la desinfección de alimentos, así como el tratamiento de enfermedades humanas. Otra ventaja de este enfoque es que todos los fagosse basan en un andamiaje genético idéntico, que podría simplificar el proceso para obtener la aprobación regulatoria, dice Lu.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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