Un nuevo método permite a los científicos aprender más acerca de cómo funcionan los antibióticos existentes y potencialmente ayudarlos a desarrollar nuevos fármacos.El estudio encuentra que la respuesta bacteriana a los fármacos varía en diferentes ambientes.
Los investigadores del MIT y de la Universidad de Harvard han diseñado células de E. colique pueden usarse para estudiar cómo las bacterias en un sitio de infección responden al tratamiento antibiótico, permitiendo a los científicos aprender más sobre cómo funcionan los antibióticos existentes y potencialmente ayudarles a desarrollar nuevos fármacos.
En el nuevo estudio, que aparece en la edición del 31 de agosto de Cell Host and Microbe , los investigadores encontraron evidencia de que algunas hipótesis existentes sobre cómo las bacterias responden a los antibióticos no son correctas.
“Nuestro estudio muestra que el uso de organismos de ingeniería puede darle una ventana a los sitios de infección y ampliar nuestra comprensión de lo que los antibióticos están haciendo realmente. Este trabajo indica que algunas de nuestras suposiciones pueden estar equivocadas “, dice James Collins, el Profesor de Termeer de Ingeniería Médica y Ciencias en el Instituto de Ingeniería Médica y Ciencias (IMES) del MIT y el Departamento de Ingeniería Biológica y el autor principal del estudio.
El autor principal del documento es Laura Certain, una compañera clínica del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de Harvard.
Bacterias de ingeniería
Gran parte de la investigación en el laboratorio de Collins se centra en tratar de entender cómo funcionan los antibióticos, con la esperanza de diseñar medicamentos más eficaces. Para el nuevo estudio, Collins quería aplicar la biología sintética -la construcción de nuevos circuitos genéticos en células vivas- para diseñar bacterias que pudieran ser usadas para estudiar antibióticos e infecciones.
La mayoría de los estudios sobre cómo funcionan los antibióticos se hacen con células bacterianas cultivadas en un plato de laboratorio. Sin embargo, Collins y Certain sospechaban que los efectos de estas drogas podrían ser diferentes en animales vivos porque ese ambiente, incluyendo nutrientes disponibles y otras condiciones, es muy diferente de un plato de laboratorio.
Para permitirles estudiar antibióticos en condiciones más realistas, los investigadores diseñaron una cepa de bacteria E. coli que expresa un “interruptor genético” genético que se mueve sólo bajo ciertas condiciones. Tales interruptores se pueden incorporar en las bacterias para permitir que registren acontecimientos tales como exposición a un producto químico.
En este caso, los investigadores diseñaron las bacterias para revelar si estaban dividiendo o no, permitiéndoles explorar cómo los antibióticos afectan a las células en cualquier estado. Estudios previos realizados en bacterias cultivadas en un plato de laboratorio han encontrado que la mayoría de los antibióticos funcionan mejor en las células que se están dividiendo, mientras que las células no replicantes son mucho más difíciles de matar.
Los investigadores entregaron las bacterias a los ratones junto con un pequeño implante ortopédico, para imitar las infecciones que a menudo ocurren en los sitios de los implantes médicos. Los ratones se trataron entonces con el antibiótico levofloxacino. Antes y después del tratamiento, las células se eliminaron y se trataron con ATC, una molécula que activa el interruptor de conmutación, pero sólo en las células que se están replicando.
Los científicos han planteado la hipótesis de estudios previos de que las infecciones crónicas generalmente consisten en gran parte de bacterias no divisorias. Sin embargo, en este estudio, los investigadores encontraron que antes del tratamiento con antibióticos, alrededor de la mitad de las bacterias todavía se dividen activamente.
También encontraron que la levofloxacina parecía ser altamente y quizás incluso más eficaz contra las células que no se dividen, al contrario de lo que se ha visto en las células cultivadas en un plato. Los investigadores observaron que el porcentaje de células replicantes aumentó después del tratamiento, lo que sugiere que la levofloxacina no mató a todas las células replicantes.
Otro hallazgo sorprendente contradice la hipótesis de los científicos de que las infecciones crónicas persistentes que consisten en bacterias no divisorias son altamente tolerantes a los antibióticos: encontraron que las infecciones eran todavía susceptibles a los antibióticos, cuando se administran a dosis suficientemente grandes.
Más para aprender
Collins dice que este estudio demuestra que hay mucho más para que los científicos aprendan sobre cómo funcionan los antibióticos y sugiere que los organismos manipulados podrían ser útiles para investigar más a fondo sus efectos.
“Esto va a desafiar a la gente a repensar lo que los antibióticos están haciendo en un sitio de la infección”, dice Collins. “Creo que con el tiempo estas herramientas de biología sintética también podrían ser muy útiles en el desarrollo de antibióticos, para ver si los antibióticos están llegando a los patógenos de interés, cuán efectivos son y qué están haciendo realmente en el sitio”.
Añade que el conmutador genético podría ser fácilmente transferido a otros tipos de bacterias, y también podría ser diseñado para probar otras características tales como cómo las bacterias interactúan con las células inmunes en un sitio de infección. Este enfoque también podría utilizarse para estudiar biofilms – hojas pegajosas de células bacterianas que pueden ser muy difíciles de eliminar – y otros patógenos como hongos.
La investigación fue financiada por el Grupo de Fronteras Paul G. Allen, la Agencia para la Reducción de Amenazas de Defensa y el Instituto Wyss.
Fuente: MIT