En un paso importante hacia la aplicación clínica de la biología sintética, los investigadores de la Universidad de Rice han diseñado una bacteria con las capacidades necesarias para diagnosticar una enfermedad humana. La cepa diseñada de la bacteria intestinal E. coli detecta el pH y se ilumina cuando encuentra acidosis, una condición ácida que a menudo ocurre durante los brotes de enfermedades inflamatorias del intestino como colitis, ileítis y enfermedad de Crohn.
Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Colorado (CU) utilizaron el organismo creado por Rice en un modelo de ratón de la enfermedad de Crohn para mostrar que la acidosis activa un conjunto característico de genes. La correspondiente firma genética en humanos se ha observado previamente durante la inflamación activa en pacientes con enfermedad de Crohn. Los resultados están disponibles en línea en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
La bactería podría reprogramarse para producir colores que aparezcan en el inodoro en lugar de las etiquetas fluorescentes utilizadas en los experimentos
El coautor del estudio, Jeffrey Tabor, cuyo laboratorio diseñó la bacteria sensible al pH, dijo que podría reprogramarse para producir colores que aparezcan en el inodoro en lugar de las etiquetas fluorescentes utilizadas en los experimentos de la Facultad de Medicina de CU.
"Creemos que podría agregarse a los alimentos y programarse para que el agua del inodoro se vuelva azul para advertir a los pacientes cuando un brote recién está comenzando", dijo Tabor, profesor asociado de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería Brown de Rice.
A lo largo de sus 3.500 millones de años de historia, las bacterias han desarrollado innumerables circuitos genéticos específicos y sensibles para detectar su entorno. Tabor y sus colegas desarrollaron un conjunto de herramientas de biohacking que les permite mezclar y combinar las entradas y salidas de estos sensores bacterianos. El circuito sensor de pH fue descubierto por Rice Ph.D. estudiante Kathryn Brink en una demostración de 2019 del juego de herramientas plug-and-play.
Los coautores del estudio PNAS , Sean Colgan, director del programa de inflamación de la mucosa de la Facultad de Medicina de CU, e Ian Cartwright, un becario postdoctoral en el laboratorio de Colgan, leyeron sobre el sensor de pH y se pusieron en contacto con Tabor para ver si se podía adaptar para su uso en un laboratorio. modelo de ratón de la enfermedad de Crohn.
Las bacterias han desarrollado innumerables circuitos genéticos específicos y sensibles para detectar su entorno
"Resulta que medir el pH en el intestino a través de métodos no invasivos es bastante difícil", dijo Colgan, profesor de medicina e inmunología de Levine-Kern en la Facultad de medicina de CU. Así que Brink pasó unas semanas empalmando los circuitos de sensores necesarios en un organismo y lo envió al laboratorio de Colgan.
"Normalmente, el pH en los intestinos es de alrededor de siete, que es neutral, pero se produce mucha inflamación en la enfermedad de Crohn, y el pH llega a algo así como tres, que es muy ácido", dijo Tabor.
Colgan y sus colegas han estudiado los genes que se activan y desactivan en tales condiciones y "necesitaban una herramienta para medir el pH en el intestino para demostrar que las cosas que estaban observando en experimentos in vitro también estaban sucediendo realmente en un animal vivo", Tabor. dicho.
"Colonizar esta cepa bacteriana fue la herramienta biológica perfecta para monitorear la acidosis durante la inflamación activa", dijo Colgan. "Correlacionar la expresión génica intestinal con las bacterias que detectan el pH bacteriano demostró ser un conjunto útil y valioso de biomarcadores para la inflamación activa en el intestino".
Tabor dijo que cree que la bacteria sensible al pH podría potencialmente avanzar para ensayos clínicos en humanos en varios años. El trabajo de Tabor fue apoyado por la Welch Foundation (C-1856) y la National Science Foundation (1553317).