Jan 12, 2012

Biología Sintética y salud - I




Biología Sintética y salud - I




  • Biología Sintética y salud I - Combatiendo infecciones - BacteriófagosTackling infections - Bacteriophages y Quorum sensing vs cólera
  • Biología Sintética y salud II - Vacunas y fármacos - Vacunas
  • Biología Sintética y salud III - Vacunas y fármacos - Descubriendo nuevos fármacos
  • Biología Sintética y salud IV -  Vacunas y fármacos- Expandiendo el código genético
  • Biología Sintética y salud V - Vacunas y fármacos - Ingeniería metabólica
  • Biología Sintética y salud VI - iGEM y salud - Bacterias, parásitos y levaduras I 
  • Biología Sintética y salud VII - iGEM y salud - Bacterias, parásitos y levaduras II 
  • Biología Sintética y salud VIII - iGEM y salud - Bacterias, parásitos y levaduras III 
  • Biología Sintética y salud IX - Health and iGEM - iGEM y salud - Bacterias, parásitos y levaduras IV y terapia génica, enfermedades no infecciosas y chasises de células de mamífero.


  • Entre las aplicaciones más interesantes de los conceptos de Biología Sintética están las relacionadas con el área clínica. Desde el desarrollo de fármacos y vacunas nuevas, hasta terapias basadas en circuitos genéticos sintéticos, la Biología Sintética tiene el potencial para contribuir de manera sustancial al cuidado de la salud.



    Combatiendo infecciones
    Bacteriófagos

    Tomado de: Félix d'Herelle
    En las primeras décadas del siglo XX, Félix d'Herelle, un microbiólogo franco-canadiense, comenzó a experimentar con bacteriófagos (o "fagos") para combatir infecciones bacterianas. D'Herelle inició sus estudios con aves y, luego de probar la eficacia de la terapia, llegó a ingerir él mismo hasta 30 mL e inyectarse 1 mL de suspensión de fagos para probar su inocuidad -lo que, junto con experimentar con familiares y colegas del laboratorio, constituía más o menos la práctica estándar entre los microbiólogos de la época-. 

    Sin embargo, luego del descubrimiento de los antibióticos, el mundo occidental centró su atención en ellos; mientras que, aislados por la barrera impuesta por la Guerra Fría, la investigación en el uso de fagos para el tratamiento de infecciones bacterianas migró y siguió su camino en los países de la Unión Soviética. 


    El grupo del doctor James Collins se ha dedicado en los últimos años al estudio de los mecanismos de acción de los antibióticos y a la aplicación de la Biología Sintética para extender el potencial de los bacteriófagos como agentes bactericidas.

    Tomado de Lu y Collins, (2007)
    En el 2007, el grupo del doctor Collins publicó un sistema basado en una variante del fago T7 que expresa constitutivamente la enzima DspB, la cual es capaz de degradar beta-1,6- N-acetil-D-glucosamina, uno de los principales componentes de los biofilms de Escherichia coli y Staphylococcus. Cuando las células son tratadas con el fago T7DspB, éste comienza a  reproducirse y transmitirse de célula a célula conforme van siendo liberadas del biofilm por acción de la DspB. Los casos clínicos de biofilms bacterianos son responsables de la persistencia de infecciones a pesar del tratamiento con antibióticos; en el trabajo del doctor Collins y colegas, se afirma que la cuenta bacteriana es reducida hasta en un 99.997% en biofilms de E. coli TG1 -cepa que se caracteriza por formar biofilms particularmente robustos- generados experimentalmente en una matriz de plástico.

    Siguiendo la línea de razonamiento, el mismo grupo publicó en el 2009 un sistema que se vale del fago M13 como vector para introducir y expresar en células de E. coli EMG2 la proteína lexA, la cual inhibe la respuesta SOS de la bacteria y la vuelve susceptible a los antibióticos quinolónicos, abriendo una nueva oportunidad de aplicación de los bacteriófagos: su uso como adyuvantes de antibióticos, lo que no solamente encontraría cabida como opción terapéutica, sino también en contextos industriales, agrícolas y de procesamiento de alimentos.

    Quorum sensing vs cólera

    Tomado de Duan y March, (2010)
    El quorum sensing es el fenómeno que se presenta cuando las células de una comunidad cambian su comportamiento en respuesta a las señales químicas emitidas por cada una de ellas; la liberación de estas señales y la aparición de la respuesta casi siempre está relacionada con la densidad celular de la comunidad. 

    Algunas bacterias patógenas, como Vibrio cholerae, agente etiológico de la fiebre de cólera, utilizan este mecanismo de comunicación como parte de su ciclo de infección en el intestino, de tal manera que cuando las moléculas señalizadoras -llamadas CAI-1 y AI-2- son puestas en contacto con células de V. cholerae, la expresión de factores de virulencia se ve inhibida, debido probablemente a que este mecanismo es utilizado por las células para comunicar que han alcanzado una densidad suficiente como para cambiar su perfil metabólico.

    En el 2010, F. Duan y J. C. March de la Universidad de Cornell, publicaron un sistema basado en E. coli cepa Nissle 1917 -una cepa comensal del intestino-, la cual modificaron para expresar tanto CAI-1 y AI-2. Esta cepa de E. coli fue capaz de aumentar la tasa de supervivencia de ratones expuestos a V. cholerae hasta en 77%, cuando se administraba en ratones cuatro horas antes de su exposición al patógeno.



    El uso de bacteriófagos como chasises para introducir un sistema de feedback positivo para romper biofilms bacterianos y las distintas maneras para hackear los sistemas de señalización bacterianas -sea también utilizando fagos o al utilizar las propias moléculas señalizadoras, en el caso del quorum sensing- son algunas maneras de aplicar los conceptos de Biología Sintética para combatir infecciones.