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Explosión de biopelículas con virus
Cuando las bacterias se unen en comunidades pegajosas y resistentes a los medicamentos llamadas biopelículas, puede ser casi imposible erradicarlas con antibióticos convencionales. Los biofilms, que se encuentran comúnmente en dispositivos médicos como catéteres, pueden causar gingivitis e infecciones crónicas del oído. También pueden causar problemas ambientales e industriales, obstruyendo las tuberías de agua.
Explosión de biopelículas: Los virus especialmente diseñados (que se muestran arriba como hexágonos) rompen las comunidades bacterianas llamadas biopelículas, que pueden obstruir los desagües y causar infecciones crónicas. Los virus producen enzimas (que se muestran en rojo) que disuelven los carbohidratos que unen a las bacterias. Los virus también infectan las células bacterianas (que se muestran como óvalos), provocando que revienten y mueran.
Los ingenieros biomédicos de la Universidad de Boston han diseñado un medio nuevo y muy eficaz para dispersar y matar las bacterias que viven en las biopelículas. Dirigido por biólogo sintético James Collins , el equipo ha diseñado virus que atacan las biopelículas en dos frentes: matando las bacterias que viven en ellas y disolviendo los carbohidratos que las mantienen unidas. Si se demuestra que estos virus que atacan a las bacterias son seguros para uso industrial y clínico, dice Collins, los investigadores podrían desarrollar reservas de diferentes tipos de virus, cada uno diseñado para atacar un tipo diferente de biopelícula.
Collins ha diseñado un virus que puede dispersar más del 99 por ciento de los E. coli en un modelo de biopelícula. Helen Blackwell , químico de la Universidad de Wisconsin-Madison, cree que se trata de un logro enorme: no he visto nada tan eficaz como este enfoque. Se describe el virus de ingeniería de Collins en línea en el diario procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
Las bacterias que viven en comunidad en las biopelículas son mil veces más resistentes a los antibióticos que las bacterias que nadan libremente, dice Collins. Están protegidos por un andamio de carbohidratos pegajoso llamado matriz. La matriz bloquea los antibióticos y las células del sistema inmunológico humano, e incluso proporciona algo así como un sistema circulatorio primitivo para las bacterias.
En algunos casos, incluidas algunas infecciones crónicas de oído en niños e infecciones pulmonares crónicas en pacientes con fibrosis quística, el tejido que alberga una biopelícula simplemente debe cortarse. (Consulte Biofilms responsables de las infecciones crónicas del oído). En general, grandes dosis de antibióticos pueden erradicar estas infecciones, dice Blackwell. Pero señala que existe cierta preocupación de que las infecciones por biopelículas resistentes a los medicamentos se estén volviendo más comunes y que el uso de antibióticos parece inducir la formación de biopelículas.
Una cosa que me gusta del enfoque [de Collins] es que tiene dos vertientes, dice Philip Stewart , director de la Centro de Ingeniería de Biofilm en la Universidad Estatal de Montana. Los [virus] matan a las bacterias, pero también se dirigen a la matriz de la biopelícula.
El enfoque de Collins es seleccionar un virus que ya se dirija a las bacterias de interés, como E. coli o Estafilococo . Luego, introduce en el virus un gen de una enzima que disuelve el componente principal de carbohidratos de la matriz de la biopelícula que protege a las bacterias. Hay virus especializados para infectar todas las especies bacterianas. Estos virus se replican dentro de las células bacterianas, luego las abren, matan a las bacterias y se propagan a otras células bacterianas. Pero no dañan las células animales ni las bacterias que no sean del tipo al que están dirigidas.
Los virus de origen natural pueden atacar las biopelículas. Pero Collins demostró que dar a un virus un gen para disolver la matriz aumentaba la eficacia del virus en 4,5 órdenes de magnitud.
El virus de prueba de concepto de Collins se adapta a un tipo particular de E. coli biopelícula. Hay muchas especies y cepas de bacterias, dice, y una sola biopelícula podría soportar múltiples especies y cepas bacterianas. En menor grado, también existe cierta diversidad en los componentes de la matriz de la biopelícula. Sin embargo, Collins dice que debido al aumento de la velocidad y la caída del precio de las tecnologías de secuenciación y síntesis de ADN, no sería difícil desarrollar un virus adaptado a cada tipo de biopelícula.
La técnica viral de Collins parece superar algunos de los problemas de las técnicas químicas. Blackwell, quien está diseñando moléculas pequeñas para interrumpir las vías de señalización bacteriana que mantienen las biopelículas, dice que la entrega de sustancias químicas que alteran las biopelículas, como las enzimas, ha sido un obstáculo importante. (Consulte el perfil del joven innovador TR35 de Blackwell).
Los virus como los desarrollados por Collins se han utilizado durante décadas para tratar infecciones en Europa del Este y Rusia. Pero ninguno ha sido aprobado para uso clínico en los Estados Unidos todavía. Sin embargo, la FDA ha aprobado un cóctel de virus para su uso como aditivo alimentario.
Los riesgos de estos virus no están claros, pero existe cierta preocupación de que puedan provocar una respuesta inmunitaria peligrosa. Una de las razones por las que es posible que no se hayan estudiado ampliamente por su potencial para tratar infecciones, dice Collins, es que los antibióticos han sido suficientes hasta ahora. Pero con la aparición de cepas bacterianas resistentes a múltiples fármacos en los hospitales, varias empresas están buscando virus, dice.
Es probable que los virus sean aprobados para uso industrial, para el cual las regulaciones no son tan estrictas, antes de que sean llevados a la clínica. Para aplicaciones industriales en las que no los está poniendo en el cuerpo de alguien, estos virus podrían tener un gran impacto en el control de biopelículas en lugares como tuberías de agua y desagües, dice Blackwell.