Trillones de microorganismos viven en los intestinos de los mamíferos, que de una forma u otra afectan la salud y la aparición de enfermedades. La mayoría de ellos son poco estudiados por la ciencia moderna, y no se han desarrollado muchas tecnologías para estudiar los procesos que ocurren en el intestino.
Pero las bacterias han formado sensores codificados genéticamente durante decenas de miles de años que reconocen diferentes tipos de partículas. Por lo tanto, las bacterias sensoriales genéticamente modificadas tienen un potencial suficiente para estudiar los intestinos y diagnosticar enfermedades intestinales. Al igual que los electricistas que diseñan circuitos para sus cables y componentes electrónicos, los biólogos usan circuitos genéticos para programar criaturas unicelulares para realizar operaciones complejas de procesamiento de información.
Los biólogos de la Universidad de Rice han creado bacterias intestinales que pueden reconocer la colitis (inflamación del colon) en ratones. En el futuro, el desarrollo puede usarse para estudiar cómo las bacterias intestinales interactúan con el cuerpo humano a nivel molecular. Además, las bacterias pueden ser un tipo de prueba para controlar el estado y las enfermedades del intestino.
En su trabajo anterior, asumieron que los cambios en la microbiota intestinal, la predisposición genética y otros factores definitivamente pueden influir en la aparición y el desarrollo de enfermedades inflamatorias intestinales: la enfermedad de Crohn y la colitis ulcerosa.
Basado en una serie de otros estudios previos, los científicos han concluido que la cantidad de moléculas de
tiosulfato se puede aumentar durante la colitis. Fue difícil para ellos estudiar esta conexión, porque no hay herramientas para una herramienta confiable para medir el tiosulfato en animales. El primer objetivo del equipo de científicos fue desarrollar dicha herramienta.
El trabajo en el proyecto comenzó en 2015, y su idea era usar bacterias sensoriales. En este caso, estamos hablando de una E. coli genéticamente modificada (
Escherichia coli ), que, después de la modificación, debe determinar el tiosulfato y sus compuestos asociados que contienen azufre. Existe una conexión entre el metabolismo del azufre en los intestinos y la inflamación, y los científicos sabían que para diagnosticar la inflamación del colon, debían medirse.
Los investigadores lograron comprender los métodos de programación de E. coli. La bacteria comenzó a producir una proteína verde fluorescente en respuesta a estímulos específicos. Hasta ahora, ningún otro organismo ha conocido genes que se usarían para determinar el tiosulfato. Existe una pequeña cantidad solo para otros compuestos.
En 2015, el coautor del estudio, Ravi Shet, utilizó un programa informático para identificar posibles sensores de tiosulfato y otros compuestos en el genoma de
Shewanella , el tipo de bacteria que vive en los sedimentos marinos. Un equipo de científicos sugiere que Shewanella probablemente respira estas moléculas y usa sensores para activar las enzimas apropiadas en su presencia.
Los biólogos pasaron un año desarrollando una bacteria E. coli modificada para responder a posibles biomarcadores, cambiando su color a verde. Tomó otro año demostrar que el sistema funciona y realmente detecta la inflamación del colon en ratones.
Los investigadores se vieron obligados a tragar dos gotas con mil millones de bacterias con sensores para ratones sanos y ratones con colitis. Seis horas después, los científicos midieron la actividad de las bacterias en cada grupo. La proteína verde de control podría detectarse usando un
citómetro de flujo .
El equipo descubrió que el sensor de tiosulfato se activó en ratones con inflamación y no se activó en ratones sanos. Además, se descubrió que cuanto más fuerte era la inflamación, más activos eran los sensores. Todavía no se sabe si los niveles elevados de tiosulfato pueden ser un indicador confiable de colitis en humanos, pero las bacterias sensoriales pueden modificarse para responder a otros compuestos o moléculas.
En el futuro, los investigadores planean desarrollar una prueba de inflamación en el hogar, que en caso de enfermedad cambiará el color de las heces. Dicha prueba ayudará a reducir las visitas innecesarias y costosas al médico y los procedimientos de colonoscopia. Para lograr este objetivo, el equipo comenzó a trabajar con gastroenterólogos del
Baylor College of Medicine .
El trabajo científico fue publicado en la revista Molecular Systems Biology el 3 de abril de 2017.
DOI:
10.15252 / msb.20167416