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En Cierta Ciencia, de la mano de la genetista Josefina Cano nos acercamos, cada quince días, al trabajo de muchos investigadores que están poniendo todo su empeño en desenredar la madeja de esa complejidad que nos ha convertido en los únicos animales que pueden y deben manejar a la naturaleza para beneficio mutuo. Hablamos de historias de la biología.

Medicamentos vivos gracias a la Biología Sintética

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Un estudio destinado a analizar el trabajo de los microbios en el cuerpo humano, con el propósito final de poder usarlos como herramienta en el tratamiento de algunos trastornos, reclutó a un grupo de voluntarios y les dio a beber un líquido lleno de millones de bacterias, modificadas con la ingeniería genética, para que destruyeran una toxina del cuerpo.

Uno de los trabajos diarios del organismo es deshacerse de los desechos resultantes del metabolismo. La mayoría de nosotros lo hace sin ayuda alguna, pero para quienes no pueden hacerlo, estos microbios modificados pueden convertirse en una suerte de medicamento vivo.

La Biología Sintética (BS) es esa rama floreciente y promisoria en la que los investigadores usan microbios para realizar tareas novedosas, aprovechándose del hecho de que sus genes no actúan en solitario sino en grupo, activándose o no unos a otros. La BS manipula esas comunicaciones, creando bacterias que responden a nuevas señales o responden de formas nuevas.

Hasta ahora el mayor impacto había sido en la industria. Muchas compañías están usando bacterias modificadas como fábricas en miniatura que ensamblan moléculas complejas como los antibióticos o trabajan en la confección de tejidos.

Pero en años recientes, un número cada vez mayor de investigadores ha dirigido su atención al interior del cuerpo humano donde los microbios pueden usarse para tratamientos venidos desde dentro.

La mezcla de bacterias que tomaron los voluntarios podrá convertirse en el primer tratamiento médico fruto de la BS en ser aprobado por la FDA.

Las bacterias están diseñadas para tratar una enfermedad hereditaria rara, la fenilcetonuria. Las personas que la sufren no pueden comer proteína venida de la carne o del queso pues sus cuerpos no pueden degradar un aminoácido resultado de su digestión. Si este aminoácido se acumula en la sangre, puede dañar las neuronas, llevando a problemas del desarrollo, cognitivos y psiquiátricos muy serios.

Los primeros resultados de experimentos hechos con ratones, por la compañía Synlogic, mostraron que las bacterias diseñadas trabajaron bien. En estos días, los investigadores anunciaron resultados positivos en voluntarios sanos. No los han publicado aún.

Lo siguiente será una prueba con pacientes con fenilcetonuria, resultados que serán informados el año próximo.

James Collins, un biólogo sintético del MIT y cofundador de Synlogic, publicó en el año 2000 un importante estudio sobre la naciente BS. Él y sus colegas habían logrado, usando la conocida E. coli modificada con la ingeniería genética, encender y apagar genes cuando ellos estaban expuestos a ciertos químicos, “como un interruptor de luz”, dice.

“Creo que ahí donde haya bacterias en el cuerpo, existe una oportunidad para hacerle cambios para que haga otra cosa”.

A mediados de ese año, los microbiólogos empezaron a mostrar los primeros resultados que daban cuenta de la enorme cantidad de microbios que viven en un cuerpo sano. Ellos estaban realizando tareas bioquímicas complejas, muchas de ellas para protegernos de la enfermedad.

Los biólogos sintéticos pronto empezaron a pensar si ellos podían añadir bacterias modificadas a la mezcla, a lo mejor como sensores internos de signos de anomalías o como fábricas intestinales que hagan los medicamentos que el cuerpo necesita.

El microbioma, como se conoce ahora a los millones de microbios que han convivido en nuestro cuerpo desde siempre, cumple un papel invaluable en nuestro organismo y su conocimiento catapultó el desarrollo de la BS y sus usos.

La idea de trabajar con la fenilcetonuria fue impulsada porque los medicamentos usados para tratarla no funcionan en todas las personas y los efectos colaterales son muchos.

Para el estudio, los investigadores seleccionaron una cepa segura de la E. coli, que ha sido estudiada por más de un siglo. Por otro lado es un hecho que la mayoría de las personas convive en paz con su E. coli.

Los investigadores insertaron genes en el ADN bacterial para que cuando las bacterias llegaran al intestino pudieran romper el aminoácido, de la misma forma como lo hace una persona sana.

Uno de los nuevos genes insertados codifica para una suerte de bomba de vacío que atrapa al aminoácido. Un segundo gen codifica para una enzima que lo rompe en pedacitos. La bacteria los libera para su salida por la orina.

Los científicos necesitaban que los microbios fragmentaran el aminoácido en el cuerpo sólo en el lugar preciso y en el momento preciso. Para eso modificaron la bacteria para que sus genes para atacar al aminoácido estuvieran apagados si ellos sentían que había mucho oxígeno alrededor. Y sólo cuando llegaba a un lugar con poco oxígeno, el intestino, se encendían.

Probaron su bacteria en ratones con fenilcetonuria inducida. Lograron una reducción del 38% comparado con los ratones que no habían recibido la bacteria modificada.

En pruebas con humanos los investigadores les dieron a tomar a algunos, la bacteria en una dosis única, mientras que otros recibieron dosis que se fueron incrementando durante una semana. Después los voluntarios ingirieron una alta dosis de proteínas.

Synlogic acaba de anunciar que el ensayo ha demostrado que las personas pudieron tolerar de manera segura las bacterias. Además, mientras más bacterias fueron ingeridas, mayor cantidad del aminoácido en la orina, una buena señal de que las bacterias estaban haciendo bien su trabajo.

Lo siguiente será probar si la bacteria modificada funciona bien en pacientes con la enfermedad.

A mediados del 2018, el biólogo sintético Tino Danino y sus colegas publicaron una revisión en la revista Cell Systems, donde catalogan un número de otras enfermedades que ya tienen sus microbios de diseño para tratarlas, inflamaciones, al igual que infecciones.

Danino también colabora en otro proyecto para usar la BS como tratamiento contra el cáncer.

Uno de los desafíos para desarrollar medicamentos que ataquen el cáncer es lograr que ellos puedan penetrar en los tumores, una tarea más que difícil. Aunque se ha descubierto que bacterias del cuerpo y de forma normal, infiltran a los tumores y crecen dentro de ellos.
Una excelente oportunidad para la BS, que al lograr modificar esas bacterias, las convertirá en portadoras de los medicamentos adecuados, en microcirujanos, o en mensajeras para que llamen la atención del sistema inmunológico.

Synthetic Biology and Engineered Live Biotherapeutics: Toward Increasing System Complexity.
Ozdemir Tanel, et al. Cell Systems. 2018

JOSEFINA CANO
Ph.D. Genética Molecular

Más información en el Blog Cierta Ciencia

Obras de Josefina Cano:

Viaje al centro del cerebro. Historias para jóvenes de todas las edades (Amazon)

En Colombia en la Librería Panamericana y en Bogotá en la Librería Nacional

Viaje al centro del cerebro. Historias para jóvenes de todas las edades. (Planeta)


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