Tiene de tres a cinco libras de bacterias viviendo dentro y sobre su cuerpo en este momento. Eso es unos 38 billones de bacterias, estiman los investigadores. Tu sistema inmunológico tiene que controlarlos a todos, clasificando los errores buenos de los malos.

"Tenemos un sistema inmunológico increíble para mantener todo bajo control, y luego para hacer frente a las bacterias patógenas, "dice Catherine Leimkuhler Grimes, profesor asistente de química y bioquímica en la Universidad de Delaware. "Es fantástico cuando el sistema funciona, pero también horrible cuando no lo hace ".

Cuando una bacteria beneficiosa se identifica erróneamente como dañina, el ataque del sistema inmunológico puede desencadenar enfermedades inflamatorias crónicas como el asma, Enfermedad de Crohn y otros trastornos. Por qué ocurre esta identificación errónea es un misterio, pero Grimes y su equipo de investigación de la Universidad de Delaware han inventado un nuevo método prometedor para ayudar literalmente a esclarecer lo que sucede. El avance se publica en Comunicaciones de la naturaleza .

Etiquetar la celda como 'chaqueta'

Ahora, volviendo a los tres a cinco libras de bacterias que llevamos ... Gran parte del peso proviene de las paredes celulares de las bacterias, o "chaquetas, "como Grimes se refiere a ellos. Firme, pero flexible, están compuestos de peptidoglicano, un polímero en forma de malla hecho de proteínas (péptidos) y moléculas de azúcar (glicanos).

Las bacterias eliminan de forma rutinaria fragmentos de su envoltura de peptidoglicano. Cuando el sistema inmunológico malinterpreta estos fragmentos y ataca el tejido sano, Pueden surgir enfermedades inflamatorias crónicas. Pero los científicos no han tenido mucho interés en ese proceso, hasta ahora.

Durante los últimos cuatro años, Grimes y su equipo han descubierto cómo etiquetar e iluminar la columna vertebral de azúcar de la cubierta de la celda, el primer laboratorio del mundo en hacerlo.

"Queríamos hacer químicamente un nuevo bloque de construcción, como un Lego con triángulos en la parte superior en lugar de círculos, y luego alimentar este material a la celda, que lo usaría para construir su chaqueta sin afectar nada más, "Grimes explicó." Una vez que se incorporó la etiqueta, pensamos que podríamos ponerle 'linternas', lo que nos ayudaría a visualizar los fragmentos celulares y comenzar a identificar ambientes inmunoestimuladores ".

Nadie antes había etiquetado el glucano así dentro de las bacterias, Grimes dijo, señalando que el enfoque proviene del campo relativamente nuevo de la química bioortogonal, en el que las reacciones químicas se realizan en un sistema vivo sin interferir con los procesos naturales de ese sistema. Ella continúa maravillándose de cómo sus estudiantes, tanto como científicos individuales con fortalezas únicas como colaboradores, lograron superar todos los obstáculos que encontraron. incluso cuando las perspectivas de éxito parecían un poco escasas.

Poder del equipo

Cuando el equipo se topó con un obstáculo importante desde el principio, El estudiante de doctorado Hai Liang salvó el día, Grimes dijo. Acababa de leer un manuscrito reciente del laboratorio de Christoph Mayer en la Universidad de Tuebingen, Alemania, sobre cómo las bacterias son recicladoras naturales.

"Las bacterias son muy 'verdes, "Dijo Liang." De hecho, gastan mucha energía para crear este polímero —peptidoglicano— y quieren recuperar sus bloques de construcción ".

Liang le dijo al equipo cómo el grupo de Mayer había revelado dos enzimas de reciclaje, lo que Liang pensó que podría escoltar su bloque de construcción químicamente modificado dentro de la celda. Pero, ¿aceptaría la celda su bloque de construcción ligeramente peculiar con los triángulos en la parte superior?

La estudiante de doctorado Kristen DeMeester desarrolló una síntesis para instalar la funcionalidad bioorthogonal (los "triángulos"), ya sea un alquino o una azida, en los componentes básicos del azúcar y probó la respuesta de las células. A las bacterias les gustó y les dieron sus linternas.

También descubrió cómo producir grandes cantidades de azúcares (glicanos) como materia prima.

"Incluso mientras vas a trotar, Pensaría en cómo hacer estos azúcares más rápido, ", dijo DeMeester." Ahora puedo hacerlo en una semana, y enseño a los estudiantes universitarios cómo hacerlo ". Su proceso para hacer estos compuestos, y el propio método UD, ahora están pendientes de patente.

Los colaboradores ofrecen una vista más clara

Para asegurarse de que su método funcionaba, Grimes le da crédito a la Instalación de Espectrometría de Masas de UD por ayudar a extraer sus bloques de construcción de peptidoglucanos de las muestras de células y encontrar el fragmento que estaban buscando.

Jeffrey Caplan, director del Centro de Bioimagen de la UD, entrenó al equipo en el microscopio de superresolución de alta potencia, con su capacidad de imágenes en 3-D, para ver las linternas que pusieron en la pared celular bacteriana.

"La forma en que Catherine y su equipo etiquetaban directamente lo que querían ver, con casi el 100 por ciento de especificidad, fue increíblemente elegante y emocionante, ", Dijo Caplan." En realidad estábamos viendo dentro de las paredes de la celda, revelando moléculas individuales unidas a los azúcares ".

"Sin Jeff, nuestros hallazgos nunca hubieran sucedido, "Dijo Grimes." Jeff nos puso las gafas ".

Pero, ¿cómo afectan estos fragmentos marcados al sistema inmunológico? Ingrese la colaboradora Michelle Parent, profesor asociado de ciencias de laboratorio médico en la UD, y la estudiante de doctorado Ching-Wen (Sandy) Hou, que trabaja con macrófagos, células que encuentran y comen cuerpos extraños.

Cuando creces células humanas, no quieres nada sucio alrededor. Pero una incubadora sucia es exactamente lo que Hou necesitaba y usaba para cultivar E. coli . Después de tratar estas células con macrófagos, miró bajo el microscopio y pudo ver fragmentos de bacterias dentro del macrófago, junto con trozos de peptidoglicano.

"Esperamos ver qué fragmento activa la respuesta inmune en el futuro, "Dijo Hou.

El nuevo método UD ya está atrayendo nuevos colaboradores al laboratorio de Grimes. Un estudio con investigadores de la Universidad de Massachusetts Amherst se centra en Micobacterias tuberculosis , que causa tuberculosis, tiempo Helicobacter pylori , la bacteria que causa el cáncer de estómago, es el objetivo de un esfuerzo conjunto con el Centro de Investigación del Cáncer Fred Hutchinson en Seattle.

Un equipo de ensueño

Decir que Grimes está orgullosa de su equipo de investigación sería quedarse corto.

"Ver a estos estudiantes graduados trabajar juntos sin problemas y no dejar que sus egos se interpongan en su camino, es fantástico, ", Dijo Grimes." Mis colegas de otras universidades preguntan:¿Cómo lograste que tus estudiantes trabajaran tan bien juntos? Creo que esta fue la mejor colaboración que he experimentado ".

Marcando una diferencia positiva, a través de la ciencia, para las personas de todo el mundo que padecen enfermedades inflamatorias crónicas es el objetivo final de su equipo, Grimes dijo. Encontrar mejores terapias y curas potenciales requerirá capacidad intelectual, tenacidad y trabajo duro. Y eso no es todo.

Si visita la oficina de Grimes en UD, es probable que vea las camisetas anuales de su laboratorio colgadas en la pared. Estampado en la parte posterior del modelo 2015 hay una línea con la que vive su laboratorio:"Confía en tu instinto".