Detectar los tumores que afectan a los seres humanos siempre es un desafío. En esa dirección, científicos de la Universidad de California en San Diego, en los Estados Unidos, y colegas de Australia produjeron bacterias que son capaces de detectar la presencia del ADN de tumores en un organismo vivo.

Con este avance, se está abriendo un nuevo capítulo en el desarrollo de los llamados “sensores biológicos tecnológicamente avanzados”. Los resultados fueron publicados en la revista Science.

 
Se trata de una innovación en biotecnología por la cual las bacterias pudieron detectar el cáncer en el colon de ratones. A partir de los resultados, se vislumbra la posibilidad de allanar el camino a nuevos biosensores capaces de identificar diversas infecciones, cánceres y otras enfermedades, según los investigadores.

Anteriormente, se habían diseñado bacterias para llevar a cabo diversas funciones diagnósticas y terapéuticas, pero no contaban con la capacidad de identificar secuencias específicas de ADN y mutaciones fuera de las células. Los científicos ahora diseñaron una herramienta -que llaman “CATCH”- para conseguir ese tipo de identificaciones.

“Cuando empezamos este proyecto hace cuatro años, ni siquiera estábamos seguros de que fuera posible utilizar bacterias como sensor de ADN de mamíferos”, explicó Jeff Hasty, jefe del equipo científico y profesor de la Facultad de Ciencias Biológicas y de la Facultad de Ingeniería Jacobs de la Universidad de California en San Diego.

“La detección de cánceres gastrointestinales y lesiones precancerosas es una atractiva oportunidad clínica para aplicar este invento”, agregó. Es que se sabe que los tumores dispersan, o vierten, su ADN en los ambientes que los rodean. Muchas tecnologías pueden analizar ADN purificado en el laboratorio, pero no pueden detectar el ADN allí donde se libera.

En el marco de la estrategia CATCH, los investigadores crearon bacterias utilizando la tecnología de edición genética CRISPR para analizar secuencias de ADN que flotan libremente a nivel genómico y comparar esas muestras con secuencias de cáncer predeterminadas.

“Muchas bacterias pueden captar ADN de su entorno, una habilidad conocida como competencia natural”, explicó Rob Cooper, coautor del estudio y científico del Instituto de Biología Sintética de la misma universidad.

Hasty, Cooper y el médico australiano Dan Worthley colaboraron en la idea de la competencia natural en relación con las bacterias y el cáncer colorrectal. Es por este motivo que empezaron a formular la posibilidad de diseñar bacterias, que ya prevalecen en el colon, como nuevos biosensores que pudieran desplegarse en el interior del intestino para detectar el ADN liberado por los tumores colorrectales.

 

Se centraron en Acinetobacter baylyi, una bacteria en la que Cooper identificó los elementos necesarios tanto para captar ADN como para utilizar CRISPR para analizarlo.

“Sabiendo que el ADN libre de células puede movilizarse como una señal, o una entrada, nos propusimos diseñar bacterias que respondieran al ADN tumoral en el momento y el lugar de la detección de la enfermedad”, explicó Worthley, quien es gastroenterólogo e investigador del cáncer en la Clínica de Colonoscopia de Brisbane.

En colaboración con sus colegas australianas Susan Woods y Josephine Wright, los investigadores diseñaron, construyeron y probaron Acinetobacter baylyi como sensor para identificar ADN de KRAS, un gen mutado en muchos cánceres.

Programaron la bacteria con la técnica CRISPR, diseñado para discriminar las copias mutantes de las normales (no mutadas) de KRAS. Esto significa que sólo las bacterias que hubieran captado formas mutantes de KRAS, como las que se encuentran en pólipos precancerosos y cánceres, por ejemplo, sobrevivirían para señalar o responder a la enfermedad.

La nueva investigación se basa en ideas previas relacionadas con la transferencia horizontal de genes, que es una técnica utilizada por los organismos para trasladar material genético de unos a otros de forma distinta a la tradicional herencia genética de padres a hijos.

Aunque la transferencia horizontal de genes es ampliamente conocida de bacteria a bacteria, los investigadores lograron su objetivo de aplicar este concepto de tumores de mamíferos y células humanas a bacterias.

“Fue increíble cuando vi al microscopio las bacterias que habían absorbido el ADN tumoral. En los ratones con tumores crecieron colonias bacterianas verdes que habían adquirido la capacidad de crecer en placas con antibióticos”, dijo Wright.

Los investigadores están adaptando ahora su estrategia de biosensores bacterianos con nuevos circuitos y distintos tipos de bacterias para detectar y tratar cánceres e infecciones humanas.

“Hay muchas posibilidades de diseñar bacterias para prevenir el cáncer colorrectal, un tumor que está inmerso en una corriente de bacterias que podrían ayudar, o dificultar, su progresión”, dijo Woods.

El profesor asociado Siddhartha Mukherjee, de la Universidad de Columbia, que no participó en el estudio, indicó que en el futuro “las enfermedades se tratarán y prevendrán con células, no con pastillas. Una bacteria viva capaz de detectar ADN en el intestino es una oportunidad tremenda de actuar como centinela para buscar y destruir cánceres gastrointestinales, y muchos otros”.

Aunque el nuevo invento requiere más desarrollo y perfeccionamiento, el equipo de biología sintética sigue optimizando la estrategia del biosensor avanzado, dijo Hasty, que está afiliado al Departamento de Biología Molecular, al Departamento de Bioingeniería Shu Chien-Gene Lay y al Instituto de Biología Sintética de la Universidad de California en San Diego. “Hay un futuro en el que nadie tiene por qué morir de cáncer colorrectal”, sostuvo Worthley.