En la película de ciencia ficción de 1966 Viaje fantástico, un submarino se encoge y se inyecta en el cuerpo de un científico para reparar un coágulo de sangre en su cerebro. Si bien la película puede seguir siendo ficción, Los investigadores de Caltech están avanzando en esta dirección:tienen, por primera vez, creó células bacterianas con la capacidad de reflejar ondas sonoras, que recuerda cómo los submarinos reflejan el sonar para revelar su ubicación.

El objetivo final es poder inyectar bacterias terapéuticas en el cuerpo de un paciente, por ejemplo, como probióticos para ayudar a tratar enfermedades del intestino o como tratamientos de tumores dirigidos, y luego usar máquinas de ultrasonido para golpear las bacterias diseñadas con ondas sonoras para generar imágenes que revelan la ubicación de los microbios. Las imágenes permitirían a los médicos saber si los tratamientos llegaron al lugar correcto del cuerpo y si estaban funcionando correctamente.

"Estamos diseñando las células bacterianas para que puedan devolvernos las ondas sonoras y hacernos saber su ubicación de la misma manera en que un barco o un submarino dispersa el sonar cuando otro barco lo está buscando". "dice Mikhail Shapiro, profesor asistente de ingeniería química, Académico Schlinger, e investigador del Heritage Medical Research Institute. "Queremos poder preguntarle a las bacterias, '¿Dónde estás y cómo estás?' El primer paso es aprender a visualizar y localizar las células, y el siguiente paso es comunicarse con ellos ".

Los resultados se publicarán en el número del 4 de enero de la revista. Naturaleza . El autor principal es Raymond Bourdeau, un ex becario postdoctoral en el laboratorio de Shapiro.

La idea de utilizar bacterias como medicina no es nueva. Los probióticos se han desarrollado para tratar afecciones del intestino, como la enfermedad del intestino irritable, y algunos estudios preliminares han demostrado que las bacterias pueden usarse para atacar y destruir células cancerosas. Pero visualizar estas células bacterianas y comunicarse con ellas, tanto para recopilar información sobre lo que está sucediendo en el cuerpo como para dar instrucciones a las bacterias sobre qué hacer a continuación, aún no es posible. Las técnicas de obtención de imágenes que dependen de la luz, como la toma de fotografías de células marcadas con un "gen indicador" que codifica la proteína verde fluorescente, solo funcionan en muestras de tejido extraídas del cuerpo. Esto se debe a que la luz no puede penetrar en tejidos más profundos como el intestino, donde residirían las células bacterianas.

Shapiro quiere resolver este problema con técnicas de ultrasonido porque las ondas sonoras pueden viajar más profundamente en los cuerpos. Dice que tuvo un momento eureka hace unos seis años cuando se enteró de las estructuras de proteínas llenas de gas en las bacterias que viven en el agua y que ayudan a regular la flotabilidad de los organismos. Shapiro planteó la hipótesis de que estas estructuras, llamadas vesículas de gas, podría rebotar las ondas sonoras de manera que se distingan de otros tipos de células. En efecto, Shapiro y sus colegas demostraron que se pueden obtener imágenes de las vesículas de gas con ultrasonido en los intestinos y otros tejidos de ratones.

El siguiente objetivo del equipo era transferir los genes para producir vesículas de gas de las bacterias que habitan en el agua a un tipo diferente de bacteria:Escherichia coli, que se usa comúnmente en terapéutica microbiana, como los probióticos.

"Queríamos enseñar el E. coli bacterias para hacer las propias vesículas de gas, "dice Shapiro." He querido hacer esto desde que nos dimos cuenta del potencial de las vesículas de gas, pero encontramos algunos obstáculos en el camino. Cuando finalmente logramos que el sistema funcione, estábamos extasiados ".

Uno de los desafíos a los que se enfrentó el equipo fue la transferencia de la maquinaria genética de las vesículas de gas a E. coli . Primero intentaron transferir genes de vesículas de gas aislados de una bacteria que habita en el agua llamada Anabaena flos-aquae, pero esto no funcionó, el E. coli no pudo hacer las vesículas. Intentaron de nuevo usando genes de vesículas de gas de un pariente más cercano de E. coli , una bacteria llamada Bacillus megaterium. Esto tampoco tuvo éxito, porque las vesículas de gas resultantes eran demasiado pequeñas para dispersar eficientemente las ondas sonoras. Finalmente, el equipo probó una mezcla de genes de ambas especies y funcionó. los E. coli fabricaron vesículas de gas por sí mismas.

Los genes de las vesículas de gas codifican proteínas que actúan como ladrillos o grúas en la construcción de la estructura final de la vesícula; algunas de las proteínas son los componentes básicos de las vesículas, mientras que otras ayudan a ensamblar las estructuras. "Esencialmente, Nos dimos cuenta de que necesitamos los ladrillos de Anabaena flos-aquae y las grúas de Bacillus megaterium para que el E. coli para poder hacer vesículas de gas, "dice Bourdeau.

Los experimentos posteriores del equipo demostraron que la ingeniería E. coli de hecho, se podrían obtener imágenes y ubicar dentro de las entrañas de los ratones mediante ultrasonido.

"Este es el primer gen indicador acústico para su uso en imágenes de ultrasonido, ", dice Shapiro." Esperamos que, en última instancia, haga con el ultrasonido lo que la proteína verde fluorescente ha hecho con las técnicas de imágenes basadas en la luz ". que es realmente revolucionar la formación de imágenes de células de formas que antes no eran posibles ".

Los investigadores dicen que la tecnología debería estar disponible pronto para los científicos que investigan en animales. aunque se necesitarán muchos años más para desarrollar el método para su uso en humanos.