Trilhões de microorganismos vivem no intestino dos mamíferos, que de uma maneira ou de outra afetam a saúde e a ocorrência de doenças. A maioria deles é pouco estudada pela ciência moderna, e poucas tecnologias foram desenvolvidas para estudar os processos que ocorrem no intestino.
Mas as bactérias formaram sensores geneticamente codificados ao longo de dezenas de milhares de anos que reconhecem diferentes tipos de partículas. Portanto, as bactérias sensoriais geneticamente modificadas têm potencial suficiente para estudar o intestino e diagnosticar doenças intestinais. Como os eletricistas que projetam circuitos para seus fios e componentes eletrônicos, os biólogos usam circuitos genéticos para programar criaturas unicelulares para realizar operações complexas de processamento de informações.
Os biólogos da Rice University criaram bactérias intestinais que podem reconhecer colite - inflamação do cólon - em ratos. No futuro, o desenvolvimento pode ser usado para estudar como as bactérias intestinais interagem com o corpo humano em nível molecular. Além disso, as bactérias podem ser um tipo de teste para monitorar as condições e doenças do intestino.
Em seu trabalho anterior, eles assumiram que mudanças na microbiota intestinal, predisposição genética e outros fatores podem, de alguma forma, influenciar a ocorrência e o desenvolvimento de doenças inflamatórias intestinais - doença de Crohn e colite ulcerativa.
Com base em vários outros estudos anteriores, os cientistas concluíram que o número de moléculas de
tiossulfato pode ser aumentado durante a colite. Foi difícil para eles estudar essa conexão, porque não existem ferramentas para uma ferramenta confiável para medir o tiossulfato em animais. O primeiro objetivo da equipe de cientistas foi desenvolver essa ferramenta.
O trabalho no projeto começou em 2015, e sua ideia era usar bactérias sensoriais. Neste caso, estamos falando de uma E. coli geneticamente modificada (
Escherichia coli ), que, após modificação, deve determinar o tiossulfato e seus compostos contendo enxofre associados. Existe uma conexão entre o metabolismo do enxofre no intestino e a inflamação, e os cientistas sabiam que, para diagnosticar a inflamação do cólon, eles precisavam ser medidos.
Os pesquisadores conseguiram entender bem os métodos de programação de Escherichia coli. A bactéria começou a produzir uma proteína verde fluorescente em resposta a estímulos específicos. Até agora, nenhum outro organismo conheceu genes que seriam usados para determinar o tiossulfato. Existe uma pequena quantidade apenas para outros compostos.
Em 2015, o co-autor do estudo, Ravi Shet, usou um programa de computador para identificar potenciais sensores de tiossulfato e outros compostos no genoma de
Shewanella - o tipo de bactéria que vive em sedimentos marinhos. Uma equipe de cientistas sugere que Shewanella provavelmente respira essas moléculas e usa sensores para ativar as enzimas apropriadas em sua presença.
Os biólogos passaram um ano desenvolvendo uma bactéria E. coli modificada para responder a potenciais biomarcadores, mudando sua cor para verde. Demorou mais um ano para provar que o sistema funciona e realmente detecta a inflamação do cólon em ratos.
Os pesquisadores foram forçados a engolir duas gotas com um bilhão de bactérias com sensores para ratos saudáveis e ratos com colite. Seis horas depois, os cientistas mediram a atividade das bactérias em cada grupo. A proteína verde de controle pode ser detectada usando um
citômetro de fluxo .
A equipe descobriu que o sensor de tiossulfato foi ativado em camundongos com inflamação e não foi ativado em camundongos saudáveis. Além disso, verificou-se que quanto mais forte a inflamação, mais ativos eram os sensores. Ainda não se sabe se níveis elevados de tiossulfato podem ser um indicador confiável de colite em humanos, mas as bactérias sensoriais podem ser modificadas para responder a outros compostos ou moléculas.
No futuro, os pesquisadores planejam desenvolver um teste de inflamação em casa que, em caso de doença, mudará a cor das fezes. Esse teste ajudará a reduzir as visitas desnecessárias e caras ao médico e os procedimentos de colonoscopia. Para atingir esse objetivo, a equipe começou a trabalhar com gastroenterologistas da
Baylor College of Medicine .
O trabalho científico foi publicado na revista Molecular Systems Biology em 3 de abril de 2017.
DOI:
10.15252 / msb.20167416