Sí, como lo leéis en el título. Unos investigadores de Estados Unidos y Australia han modificado unas bacterias para que sean capaces de detectar el ADN tumoral. Dicho de manera muy sencilla: nos meten unas bacterias especiales y con ello son capaces de ver si tenemos un tumor o no. Os vamos a contar exactamente qué es esto. Pero antes, ¡ALERTA! Es un trabajo hecho en ratones. Vamos, que está muy bien, pero que nadie piense que la semana que viene iremos al hospital y nos meterán unas bacterias de estas en vez de hacernos un tac o una colonoscopia. Poco a poco. Vamos a ello.

¿QUÉ HAN HECHO?

Unos científicos que trabajan en la Universidad de California San Diego, en Estados Unidos y en el Instituto de Investigación Médica de Adelaida, en Australia han modificado genéticamente un tipo concreto de bacteria para que sea capaz de detectar ADN tumoral en el intestino de ratones. El trabajo ha sido publicado en la revista Science y los propios autores afirman que es todavía algo muy preliminar, una “prueba de concepto”. Es decir, es solo una prueba de una idea para ver si merece la pena o se puede llevar a cabo y que sea útil.

ANTECEDENTES

Esta rama de la ciencia es la biología sintética y se encarga de diseñar o rediseñar sistemas biológicos y otorgarles cualidades mejoradas o nuevas cualidades. En biología sintética ya se han hecho anteriormente bacterias modificadas para detectar enfermedades por medio de una respuesta de las bacterias a metabolitos específicos o a otros patógenos. Sin embargo, hasta ahora no se habían diseñado biosensores para detectar de manera específica mutaciones o secuencias concretas de ADN extracelular.

¿CÓMO LO HAN HECHO?

Los autores del trabajo han aprovechado dos hechos biológicos diferentes.

Por un lado, la capacidad de las bacterias para adaptarse a su entorno por medio de un mecanismo llamado transferencia genética horizontal. Todos sabemos que el material genético se transfiere de padres a hijos y esto es lo que se llama transmisión vertical. Pues bien, algunos microorganismos son capaces de cambiar genes entre ellos. Es decir, captan fragmentos de ADN ajeno a ellos y este es el mecanismo implicado, por ejemplo, en la propagación de las resistencias a los antibióticos. Se conoce desde hace mucho tiempo que las bacterias pueden pasarse genes de unas a otra. Pero también se ha descubierto hace menos que también existe este intercambio entre tumores de mamíferos y entre células humanas y bacterias.

El segundo hecho biológico en el que se han basado los científicos para realizar este trabajo se basa en que las células tumorales liberan su ADN al entorno que los rodea. Este ADN no es fácil de detectar por los procedimientos habituales en un laboratorio de análisis.

Teniendo en cuenta estos dos hechos, a los autores del estudio se les ocurrió que podrían modificar alguna bacteria para que detectara de manera específica el ADN tumoral. ¿Y cómo diferenciar el tumoral del ADN no tumoral? Pues por las mutaciones que están presentes en el ADN de las células tumorales.

Acinetobacter baylyi, es el organismo que escogieron estos investigadores para ser modificado. Se trata de una bacteria no patógena, es decir, que no provoca enfermedad en el ser humano. Además, es una bacteria de la que se sabe que es capaz de captar ADN por transferencia génica horizontal e integrar en su genoma estos genes “extraños” que ha captado. Los autores la modificaron para que pudiese identificar el gen KRAS mutado. Este gen está mutado en numerosos tumores, entre ellos en los tipos más frecuentes de cáncer de colon. La modificación la realizaron por medio de una variación de la tecnología CRISPR, de la que ya os hemos hablado frecuentemente en Dciencia. Concretamente han denominado al ensayo CATCH, de Cellular Assay of Targeted CRISPR-discriminated Horizontal gene transfer (ensayo celular de transferencia génica horizontal dirigida discriminado por CRISPR).

Acinetobacter baylyi (verde) envuelve grupos de células de cáncer colorrectal (Fotografía de UC San Diego, tomada de https://www.labmedica.es/diagnostico-molecular/articles/294798309/bacterias-disenadas-para-detectar-adn-tumoral-podrian-buscar-y-destruir-canceres-gastrointestinales-y-de-otro-tipo.html )

Los investigadores lograron modificar la bacteria de tal manera que se volvía resistente a un antibiótico concreto solo cuando habían captado ADN tumoral con el gen KRAS mutado. Si este gen no estaba alterado, no eran resistentes.

De esta manera, cultivando las bacterias en presencia del antibiótico se puede detectar si hay presencia de células tumorales o no. Lograron éxito con estos biosensores bacterianos tanto en células en cultivo como en organoides y en ratones con tumores. La manera de introducir estas bacterias modificadas genéticamente en los ratones fue por medio de un enema rectal, pero es personas se podría emplear, sin problemas, cápsulas u otras formas farmacéuticas orales, similares a las que se usan en la actualidad cuando se toma un probiótico. Después, las bacterias se extraerían para su análisis a través de muestras de heces, orina o sangre.

Aquí tenéis un vídeo explicativo de todo el trabajo realizado por los propios autores del mismo.

VENTAJAS Y LIMITACIONES

Este experimento se ha realizado para detectar tumores intestinales. Hay que tener en cuenta que el intestino es un lugar lleno de bacterias, por lo que el “ambiente” es propicio para la incorporación de nuestras bacterias biosensores. Este método podría presentar mayor sensibilidad que las biopsias líquidas, puesto que estas necesitan más tiempo para el tumor empiece a desprender ADN y éste llegue a la sangre de una manera que sea detectable.

Por otra parte, estas bacterias que han diseñado en el trabajo solo son capaces de detectar la mutación en KRAS. Se podrían diseñar bacterias para detectar otras mutaciones, pero en cualquier caso solo se podrá hacer con mutaciones ya conocidas.

FUTURO

Los investigadores quieren emplear ahora estos biosensores bacterianos para detectar otros tipos de tumor o incluso infecciones microbianas.

Sería muy útil lograr que sea posible identificar más de una mutación. Esto se podría hacer incorporando nuevas modificaciones en la misma bacteria o empleando mezclas de bacterias que detecten cada una mutaciones diferentes.

La detección de ADN por parte de bacterias seguramente no será una prueba única, sino que tendrá que combinarse con otros métodos de cribado, porque los tumores presentan distintas mutaciones. Pero, según el doctor Cooper, primer firmante del trabajo, es posible que, al menos, sea posible reducir la frecuencia de las colonoscopias.

Por otra parte, hay otros grupos de investigación trabajando en aproximaciones similares. Así, un equipo de Caltech (EE UU) ha diseñado bacterias que son capaces de transportar fármacos hasta los tumores. Se han basado en la capacidad de los tumores de escapar al sistema inmunitario. Las células tumorales son capaces de generar un entorno inmunosupresor para evitar que el sistema inmune les ataque. Lógicamente, en ese entorno también pueden crecer las bacterias sin ser atacadas por el sistema inmune. Las bacterias diseñadas son capaces de liberar el fármaco solo junto a las células tumorales, tras ser activadas mediante ultrasonidos.

ARTÍCULO ORIGINAL

Artículo original: Robert M. Cooper et al. ,Engineered bacteria detect tumor DNA.Science381,682-686(2023).DOI:10.1126/science.adf3974  https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf3974