Bacteria Suicida.

Bacteria suicida[i]

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Bacteria suicida. 1

Bibliografías. 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bacteria suicida

La bacteria Pseudomonas Aeruginosa no es muy conocida fuera del mundo de la salud, pero representa muchos dolores de cabeza y no pocas muertes en los hospitales. Conocida por ser oportunista, la P. Aeruginosa no es capaz de infectar un organismo sano, pero cuando se topa con pacientes inmunodeprimidos por HIV, fibrosis quística, o como resultado de quimioterapia, se da un festín infectando pulmones y otros órganos.

 

Para empeorar las cosas, esta bacteria es capaz de controlar  selectivamente lo que deja o no pasar a través de su pared celular, lo cual la hace muy resistente a los antibióticos. Pero puede que se le hayan terminado las vacaciones gracias a un equipo de científicos de la Universidad Tecnológica Nanyang en Singapur, que presentó un innovador método para combatir infecciones de la bacteria Pseudomonas Aeruginosa usando nada menos que un escuadrón suicida de bacterias Escherichia Coli.

 

La tecnología provee métodos para introducir pequeñas modificaciones en un microorganismo, por lo que generar bacterias suicida no es del todo un descubrimiento revolucionaro. La real innovación de los científicos de Singapur fue entender cómo hace la P. Aeruginosa para erradicar cualquier cepa de otra especie que le haga la competencia. Resulta que esto lo logran utilizando una toxina llamada Piocina S5, la cual aniquila a la competencia y de paso crea inmunidad por parte de la colonia que la ha secretado. En la Piocina S5 está la clave del nuevo método, debido a que las E. Coli modificadas son capaces de producir y acumular esta toxina.

 

El escuadrón de la muerte secreta una proteína llamada LasR, el cual reacciona en presencia de las moléculas con que las P. Aeruginosa se comunican entre sí. Cuando la LasR reaccionan, las E. Coli empiezan a acumular Piocina S5 y cuando están completamente cargadas se autoinmolan secretando una gran carga de la toxina, destruyendo colonias enteras de P. Aeruginosa. Aunque algunas E. Coli no lleguen a autodestruirse, no constituyen un problema en sí debido a que se utilizan cepas inofensivas para el organismo humano.

(Magazine), 2013)

 

La P. aeruginosa es una bacteria muy especial. Resiste prácticamente todos los tipos de antibióticos que existen, gracias a un eficiente sistema de eliminación de toxinas, y es tolerante a los ambientes adversos gracias a su capacidad de formar unas estructuras complejas llamadas biopelículas. Existen dos formas de tratarlas: mediante una quimioterapia a base de diferentes antibióticos y mediante el uso de virus bacterianos (fagos). El problema con la primera estrategia es que los antibióticos también afectan a la microbiota humana, la cual es beneficiosa para nosotros; mientras que el problema con la segunda es que las bacterias adquieren inmunidad contra los fagos [ver artículo en BioUnalm], y sólo pueden ser usados una vez.

Ilustración 1, mecanismo de interacción entre E.coli y P. aeruginosa

Las P. aeruginosa poseen una estrategia muy eficiente para invadir los tejidos y eliminar la competencia: producen y secretan antibióticos, los cuales no les hacen daño a sí mismas. El principal antibiótico secretado es la piocina —el 90% de las P. aeruginosa lo producen. Dentro del grupo de las piocinas existen tres clases: R, F y S. Las piocinas S están conformadas por dos proteínas: una que se encarga de matar a la bacteria y otra que es reconocida por las bacterias que la producen para no ser autoelminadas (proteína inmunitaria). El año pasado, Ling et al. Descubrieron una piocina del grupo S (piocina S5) capaz de matar a las cepas de P. aeruginosa nosocomiales; pero no hacían nada a las E. coli.

 

Para que las P. aeruginosa formen la biopelícula deben activarse una serie de genes de manera concertada. ¿Cómo hacen las bacterias para comunicarse y sincronizar la expresión de estos genes?. En el mundo bacteriano la comunicación se da a nivel químico. Las bacterias liberan factores al medio, los cuales se van acumulando a medida que las bacterias se van aglomerando, hasta que la concentración de dicho factor supera un umbral y los genes empiezan a expresarse de manera concertada. A este mecanismo se le conoce como quorum sensing, el cual además puede controlar una serie de respuestas fisiológicas diferentes.

 

Entonces, el mismo grupo de investigadores que descubrieron la piocina S5 desarrollaron un sistema capaz de atacar a las P. aeruginosa infecciosas usando todo lo que acabamos de ver. Saeidi et al. diseñaron una E. coli capaz de responder al quorum sensing de las Pseudomonas, producir la piocina S5 y explotar para liberarla al medio y matar a todas las bacterias a su alrededor. En otras palabras, crearon una bacteria terrorista!.

 

A la E. coli le insertaron algunos genes:

 

Un gen que codifica para la proteína LasR. Esta proteína se une a la sustancia química liberada por Pseudomonas durante el quorum sensing llamada AHL 3OC12HSL (una homoserin-lactona, HSL).

Un gen que codifica para la piocina S5 regulado por el promotor luxR. Cuando la proteína LasR se une a la HSL es capaz de activar el promotor luxR, y por lo tanto se expresará la piocina S5, la cual se acumulará dentro de las E. coli.

Un gen que codifica para una proteína de lisis llamada Lysis E7 regulado también por el promotor luxR. La LasR-HSL también activará el promotor luxR de este gen y se expresará la Lysis E7. Esta proteína tiene la capacidad de romper la membrana y pared celular de la E. coli.

(Saedi, 2013)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El proyecto, dice Chueh Loo Poh, bioingeniero de la Universidad Tecnológica Nanyang en Singapur, fue "inspirado por la naturaleza", en particular por la detección de quórum, la capacidad de algunas bacterias para detectar la cantidad de microorganismos, ya sea de su misma especie o de otras, en su entorno. Cuando la especie patógena Pseudomonas aeruginosa siente que otra especie está acaparando su espacio y sus nutrientes, se comunican con los demás miembros de su propia especie mediante señales químicas, y colectivamente comienzan a liberar una toxina bacteriana, llamada pyocin, que mata la competencia. Estas capacidades de comunicación y defensa, permite que la P. aeruginosa pueda formar prietas capas llamadas biopelículas, capaces de provocar infecciones en el tracto respiratorio de los humanos, además de ser especialmente peligrosas para los pacientes con fibrosis quística.

 

Poh, y el ingeniero químico Matthew Wook Chang, también de la Universidad Tecnológica de Nanyang, decidió invertir el sistema de la P. aeruginosa y volver sus armas contra sí misma, utilizando a la E. coli como portadora. Los investigadores modificaron los genes que permiten a la P. aeruginosa detectar a los otros miembros de su especie e insertaron este código genético sintético en el genoma de la E. coli. También le aportaron a la E. coli un gen capaz de hacer una pyocin modificada que resultara tóxica para la P. aeruginosa. Al vincular el gen pyocin a la detección de genes, los investigadores se aseguraron que cuando la E. coli detectara a la P. aeruginosa en la vecindad, soltara grandes cantidades de pyocin y se convirtiera en una bomba de tiempo biológica.

 

Para hacer esto, los investigadores le aportaron a la E. coli un último componente sintético: un "gen suicida", que se activa una vez que el pyocin ha tenido tiempo para generarse, y haciendo que las células estallen para abrirse y liberen su toxina. Cuando lo probaron en un plato con P. aeruginosa, la kamikaze fue capaz de matar al 99% de las células de P. aeruginosa, según informaron los investigadores en Biología Molecular Systems.

 

Justin Gallivan, biólogo de la Universidad Emory en Atlanta, dijo que el estudio "ilustra muy bien" cómo las bacterias sintéticas puede realizar tareas complejas. Pero le preocupa que no pudieran terminar su trabajo, ya que el 1% de las bacterias infecciosas lograron mantenerse después del tratamiento, incluso cuando los investigadores colocaron cuatro veces más E. coli que P. aeruginosa en la mezcla.

 

El sistema también debiera de someterse a mucha comprobación  antes de poder ser considerado apto para su uso en humanos y, tal vez, sustituir la E. coli con otro sistema de entrega, señalaba Richard Kitney, biólogo del Imperial College de Londres. "La exposición de la gente a la E. coli no es aconsejable", añade, ya que esta bacteria es tóxica fuera del intestino. El equipo también tendría que demostrar que la pyocin es eficaz matando a la P. aeruginosa cuando ya ha formado su biopelícula.

 

Por su parte, Chang y Poh, planean poner a prueba la bacteria kamikaze en ratones infectados con la P. aeruginosa. No está claro aún, si la pyocin es perjudicial para los mamíferos, aunque otras toxinas bacterianas naturales que están aprobados para su uso como conservantes de alimentos. También esperan retocar el sistema de síntesis para que pueda detectar y responder a las moléculas de señalización liberadas por otras especies de bacterias patógenas, como pueden ser las responsables del cólera.

(ScienceNow.org, 2011)

Bibliografías

Magazine), S. e. (14 de 04 de 2013). http://www.fayerwayer.com/. Obtenido de http://www.fayerwayer.com/2011/08/destruyen-infecciones-con-bacterias-suicidas/

Saedi, N. (19 de 04 de 2013). www.biounalm.com. Obtenido de http://www.biounalm.com/2011/08/terroristas-microscopicosbacterias.html

ScienceNow.org. (16 de 08 de 2011). http://bitnavegante.blogspot.mx/. Obtenido de http://bitnavegante.blogspot.mx/2011/08/bacterias-suicidas-para-combatir-las.html

 



[i] Luis Alfredo Rendón bautista, Computación Básica 21 de Abril del 2013.