Stavroula Hatzios escucha los diálogos entre bacterias infecciosas y células huésped. Formado en química en MIT y Berkeley, se unió a West Campus en enero de 2017 como miembro de la facultad del Instituto de Ciencias Microbianas y el Departamento de Molecular, Celular, y Biología del Desarrollo. Hatzios se interesó en las enfermedades infecciosas cuando era estudiante de posgrado y decidió centrarse en microbiología como posdoctorado en Harvard. Hoy en día, su laboratorio aplica herramientas químicas para estudiar cómo los microbios peligrosos, incluido el que causa el cólera, interactuar con el anfitrión. Lo que aprenda podría señalar el camino hacia nuevas estrategias para combatir las infecciones.

¿Qué quiere decir con interacciones huésped-microbio?

Hay muchas capas de comunicación que pueden existir entre las células microbianas y las del huésped en un animal infectado. Me refiero a ello como un diálogo. Los microbios pueden usar proteínas y moléculas pequeñas para comunicarse entre sí a medida que forman grandes comunidades. y de manera similar, las células huésped pueden secretar moléculas que les permitan comunicarse entre sí. Y, a veces, esta diafonía también puede facilitar la comunicación entre las células huésped y las células microbianas.

¿Qué tipo de diálogos estás escuchando?

Estudiamos la bacteria del cólera, Vibrio cholerae. Digamos que estás en Haití tras el terremoto de 2010, cuando hubo una interrupción del suministro de agua, e ingieres agua que contiene la bacteria del cólera. Las bacterias pueden terminar colonizando su intestino delgado, y una vez que están ahí, pueden producir una serie de proteínas diferentes que pueden afectar la forma en que el huésped responde a la infección y cómo sobreviven las bacterias. Una de esas proteínas es la toxina del cólera, uno de los principales mediadores de la diarrea que se desarrolla en huéspedes infectados. Eso conduce a una deshidratación masiva, y la pérdida de líquido puede causar la muerte con bastante rapidez. Pero las bacterias también producen otras proteínas que pueden ser importantes para sus interacciones con el huésped. o su supervivencia.

Para consultar ese diálogo entre el huésped y los microbios, aplicamos una técnica llamada perfil de proteínas basado en la actividad. Este enfoque utiliza sondas de moléculas pequeñas que pueden unirse a proteínas específicas en función de su actividad bioquímica. Pudimos identificar un grupo de diferentes proteínas secretadas por bacterias y por el huésped con actividades bioquímicas definidas en modelos animales de cólera y en heces coléricas humanas.

¿De cuántas proteínas estamos hablando?

En este caso, identificamos más de 200. Para muchos de ellos no sabemos lo que hacen. El primer paso es identificar estas proteínas que están activas en la infección. El segundo paso es averiguar qué están haciendo. Y el tercer paso es usarlos como herramientas, ya sea para inhibir el desarrollo de enfermedades al inhibir su actividad bioquímica, o utilizándolos como marcadores de diagnóstico, o biomarcadores, por enfermedad.

Durante mi posdoctorado, identificamos estas cuatro proteasas bacterianas, que son enzimas que pueden triturar otras proteínas. Estos son producidos por la bacteria del cólera en el intestino; se identificaron constantemente en cada uno de nuestros análisis de conejos infectados. Pudimos conectarlos a una proteína huésped secretada por las células intestinales del conejo y que se une a la superficie celular del patógeno del cólera. Descubrimos que estas cuatro enzimas secretadas por patógenos inhiben la unión de esta proteína a la superficie bacteriana.

El hallazgo de que esta interacción ocurre en un animal infectado y que el patógeno del cólera puede producir proteasas para inhibir esta interacción es realmente interesante. Creemos que esta interacción puede extenderse a otros microbios intestinales, así como. Varios otros grupos establecidos ahora están investigando esta posibilidad, y estoy emocionado de ver lo que descubren. ¿Esta interacción regula de alguna manera la composición de las comunidades microbianas en el intestino? ¿Está regulando cómo los patógenos intestinales interactúan con el huésped? ¿Está ayudando a eliminar la infección? ¿O las bacterias lo están usando para adherirse a las células huésped de alguna manera?

Es como analizar la guerra.

¡Está! Una de las proteasas que identificamos en este trabajo con el cólera parece estar activa solo en un animal infectado. Lo interesante es que puedes imaginar formas de explotar la actividad de esa enzima para tu propio beneficio. Una forma en que esperamos hacerlo es generando sondas de tipo caballo de Troya:proteínas diseñadas para imitar sustratos de proteasa naturales, pero que llevan carga oculta. La idea es que pueda introducir estas sondas en el sitio de una infección, y solo se activarían cuando una proteasa secretada por un patógeno específico está presente y activa. Eso permitiría la liberación controlada espacial y temporalmente de, digamos, agentes de detección, o agentes bactericidas.

¿Hacia dónde se dirige ahora su investigación?

Creemos que las especies reactivas de oxígeno, o los oxidantes de moléculas pequeñas que se producen durante las infecciones, pueden ayudar a servir como medio de comunicación entre las células huésped y los microbios vecinos. Históricamente, estos oxidantes se consideran citotóxicos (tóxicos para las células). Pero en las últimas dos décadas, Ha habido muchos trabajos hermosos que demuestran que los niveles bajos de estos oxidantes son producidos por las células huésped que median en aspectos más amplios del desarrollo. como diferenciación, cicatrización de la herida, motilidad. Estamos interesados ​​en cómo influyen en la señalización en las células microbianas, o en células huésped, una vez que se generan tras el contacto microbiano con el huésped.

Este trabajo de diafonía oxidativa que hacemos utiliza Helicobacter pylori, un patógeno gástrico que causa cáncer de estómago. Estoy emocionado de poder colaborar con nuestro nuevo colega aquí, Jun Liu. Su laboratorio también está interesado en Helicobacter, y han realizado un trabajo fascinante observando los flagelos de esa bacteria utilizando una técnica llamada tomografía crioelectrónica.