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Bacterias comestibles de ingeniería
Los probióticos, un campo que busca utilizar bacterias comestibles para mejorar la salud humana, pronto pueden sufrir una metamorfosis. Los estudiantes de MIT y Caltech están utilizando las técnicas de biología sintética para crear bacterias que combaten las caries, producen vitaminas y tratan la intolerancia a la lactosa, como parte del programa. Máquinas internacionales de ingeniería genética (iGEM) en el MIT. La nueva investigación podría conducir a una forma más barata de producir medicamentos o mejorar las dietas en el mundo en desarrollo.
Errores que rompen la placa: Estudiantes del MIT están diseñando la bacteria Lactobacillus bulgaricus (se muestra aquí en marrón), que se encuentra en el yogur, para prevenir las caries.
La biología sintética es la búsqueda para diseñar y construir nuevos organismos que realicen funciones útiles. Gran parte de la investigación en el campo se ha concentrado en el uso de bacterias como fábrica: uno de sus primeros éxitos fue el desarrollo de microbios que producen medicamentos contra la malaria. Otra investigación ha investigado los vehículos de administración dirigida, como los microbios diseñados para llevar la medicina a una parte específica del cuerpo. Pero los nuevos proyectos son intentos de mejorar los beneficios para la salud de las bacterias comestibles.
Estos proyectos aprovechan el hecho de que nuestros cuerpos ya están colonizados por miles de millones de bacterias. Si realmente desea aplicar una bacteria a una persona, piense dónde existe naturalmente y dónde sobrevive en un ser humano mientras aún trata de diseñar nuevas funciones, dice Christina Smolke, bióloga sintética de Caltech que asesora al equipo de la universidad.
Nuestra boca, por ejemplo, es un refugio para las bacterias, tanto buenas como malas. Bacterias que viven en la placa dental, llamadas Streptococcus mutans , se alimentan del azúcar de nuestros dientes y luego excretan ácidos, que desgastan el esmalte dental y causan caries. Para crear microbios que combaten las caries, el Equipo del MIT comenzó con un péptido, un segmento de proteína corto, que se ha demostrado previamente que evita que las bacterias dañinas se adhieran a los dientes. El equipo construyó una pieza de ADN que contiene tanto el gen que produce el péptido como un gen para una señal molecular que hace que la bacteria lo excrete.
El siguiente paso será insertar este fragmento de ADN en Lactobacillus bulgaricus , un microbio común en el yogur. Los estudiantes aún no lo han hecho, pero han introducido con éxito ADN extraño en el microbio, lo que prepara al microbio para una mayor ingeniería genética. Eso en sí mismo es una hazaña impresionante, dado que Lactobacillus bulgaricus no se usa comúnmente en el laboratorio y, por lo tanto, requiere el desarrollo de nuevas técnicas experimentales.
Si el microbio se puede manipular con éxito, comer yogur lo depositaría en los dientes, donde produciría el péptido protector. Esto probablemente sería más efectivo que un antibacteriano que lo mata todo, dice Chia-Yung Wu, un estudiante graduado de biología en el MIT que asesora al equipo. Solo apunta a las cosas dañinas. (Un problema común con los antibióticos es que matan las bacterias dañinas y útiles en la boca y el intestino, dejando un paisaje abierto para que las bacterias malas las colonicen).
Un proyecto central en biología sintética es el intento de crear una enorme lista de piezas de acceso público, un catálogo de secuencias de genes y las funciones de las proteínas resultantes. El equipo del MIT no tiene la intención de desarrollar un producto para uso comercial, pero las partes biológicas que crea podrían algún día usarse en otras aplicaciones, mejorando el valor nutricional del yogur, por ejemplo, con bacterias que producen un tipo específico de vitamina. . El equipo, que incluye a los estudiantes universitarios Sara Mouradian y Derek Ju, ya ha depositado las piezas que ha creado en un depósito central del MIT llamado Registro de partes biológicas estándar . La ampliación del registro es uno de los aspectos más importantes de la competición. Este año, enviamos 2000 piezas de ADN a cada equipo y vamos a recuperar 1500 piezas nuevas, dice Randy Rettberg , director de iGEM y científico investigador principal del MIT.
El Equipo de Caltech se centró en los microbios del intestino, con el objetivo de crear una solución microbiana para la intolerancia a la lactosa. En lugar de tomar una vitamina diaria, podría beber algunos microbios intestinales y permanecer durante una semana o un mes o lo que duren los microbios, dice Josh Michener, un estudiante graduado de Caltech que asesora al equipo.
Las personas que pueden tolerar los lácteos secretan naturalmente lactasa, una enzima que descompone la lactosa, un azúcar de la leche. Los productos de degradación, que incluyen glucosa, se absorben luego en la sangre desde el intestino delgado. En las personas intolerantes a la lactosa, el azúcar pasa al intestino grueso, donde finalmente es metabolizado por una cadena de bacterias. En el proceso, los microbios producen hidrógeno y gas metano, los culpables de los molestos síntomas (náuseas, hinchazón, gases y diarrea) del trastorno.
Las píldoras de lactasa están disponibles para ayudar a las personas a digerir los productos lácteos, pero los estudiantes de Caltech querían una solución más permanente. Empezaron con una cepa de E. coli a menudo se utiliza como probiótico en Alemania. La cepa, llamada Nissle 1917, se extrajo originalmente de soldados en la Primera Guerra Mundial que eran inmunes a un virus gastrointestinal extremo que arrasó un campamento del ejército, dice Michener.
Los estudiantes agregaron tres partes biológicas a la bacteria Nissle: un gen que produce la enzima lactasa, un receptor que reconoce la lactosa y un sensor que hace que la célula se abra a una cierta concentración de lactosa. Con este sistema, las bacterias del intestino producirían lactasa constantemente. Cuando los receptores en la superficie externa de una bacteria se unen a una cantidad suficiente de lactosa, desencadenan la explosión de la célula, liberando lactasa en el intestino para descomponer el azúcar. Hasta ahora, los estudiantes han creado los dos primeros componentes, pero tienen problemas para diseñar los microbios para que se autodestruyan de la manera adecuada. El equipo también está trabajando en un microbio comestible que produciría folato, una vitamina importante para prevenir defectos de nacimiento.
Ambos equipos presentaron su investigación en la competencia iGEM en el MIT este fin de semana, junto con más de otros 70 equipos de universidades de todo el mundo. En los últimos años, los estudiantes han creado de todo, desde películas fotográficas bacterianas hasta bacterias con aroma a plátano y pequeñas cajas hechas de ADN.