Una imagen de microscopía electrónica de barrido de la bacteria Escherichia coli. Muchas bacterias incluyendo E. coli, "hablar" entre sí secretando y percibiendo pequeñas moléculas, un proceso llamado detección de quórum. Se pueden producir flagelos y apéndices que se extienden fuera de las paredes celulares en respuesta a esta señalización. Los vecinos más cercanos controlan el comportamiento del grupo. La interrupción de esta comunicación intercelular podría resultar una nueva forma de combatir infecciones o enfermedades.
(PhysOrg.com) - Una nueva investigación en la Escuela de Ingeniería A. James Clark podría prevenir infecciones bacterianas utilizando pequeñas máquinas bioquímicas (nanofábricas) que pueden confundir a las bacterias y evitar que se propaguen. sin el uso de antibióticos.
Un artículo sobre la investigación aparece en la edición actual de Nanotecnología de la naturaleza . "Las nanofábricas biológicas de ingeniería desencadenan una respuesta de detección de quórum en bacterias específicas, "fue escrito por el ex alumno de Clark School, Rohan Fernandes (Ph.D. '08, bioingeniería), estudiante de posgrado Varnika Roy (biología molecular y celular), estudiante de posgrado Hsuan-Chen Wu (bioingeniería), y su consejero, William Bentley (profesor y presidente, Departamento de Bioingeniería de Fischell).
El trabajo del grupo es una actualización de sus nanofábricas originales, desarrollada por primera vez en 2007. Esas nanofábricas utilizaban pequeños trozos magnéticos para guiarlos al sitio de la infección.
"Esta es una nueva versión totalmente biológica, ", dice." Las nuevas nanofábricas son autoguiadas y específicas. Hemos demostrado por primera vez que son capaces de encontrar un tipo específico de bacteria e inducirla a comunicarse. un nivel mucho más fino de automatización y control ".
Las nuevas nanofábricas pueden diferenciar entre bacterias malas (patógenas) y buenas. Por ejemplo, nuestro tracto digestivo contiene un cierto nivel de bacterias buenas que nos ayudan a digerir los alimentos. Las nuevas nanofábricas podrían apuntar solo a las bacterias malas, sin alterar los niveles de bacterias buenas en el tracto digestivo (un efecto secundario común de muchos antibióticos). Las nanofábricas se dirigen a las bacterias directamente en lugar de viajar por todo el cuerpo, otra ventaja sobre los antibióticos tradicionales.
Las células bacterianas se comunican entre sí en una forma de comunicación de célula a célula conocida como detección de quórum. Cuando las células sienten que han alcanzado una cierta cantidad, podría desencadenarse una infección. Las nanofábricas biológicas desarrolladas en la Escuela Clark pueden interrumpir esta comunicación, interrumpir las acciones de las células y detener una infección.
Alternativamente, las nanofábricas podrían engañar a las bacterias para que detecten un quórum demasiado pronto. Si lo hace, las bacterias intentarán formar una infección antes de que haya suficientes células bacterianas para hacer daño. Esto provocaría una respuesta natural del sistema inmunológico capaz de detenerlos sin el uso de medicamentos.
Debido a que las nanofábricas están diseñadas para afectar la comunicación en lugar de intentar matar las bacterias, podrían ayudar a tratar enfermedades en los casos en que una cepa de bacterias se haya vuelto resistente a los antibióticos.
"El trabajo del Dr. Bentley es extremadamente emocionante, ya que utiliza la capacidad de la ingeniería para" construir "utilizando componentes basados en la naturaleza, "dice Philip Leduc, profesor asociado en los Departamentos de Ingeniería Mecánica y Biomédica y el Centro Lane de Biología Computacional y Ciencias Biológicas de la Universidad Carnegie Mellon. "Comprender la ciencia de las células es maravilloso, pero luego, el uso de estos componentes y la construcción de sistemas que aprovechan las ventajas biológicas es un gran paso adelante. Su trabajo en este artículo utiliza su enfoque de biología sintética para construir nuevas nanofábricas hacia nuevas áreas de antimicrobianos, así como para abrir nuevos hallazgos en la detección de quórum ".
La capacidad de las nanofábricas para alterar la comunicación entre células no se limita a combatir las infecciones.
"Las moléculas de detección y señalización de quórum se utilizan para lograr muchas cosas, ", Explica Bentley." A veces, la enfermedad se desarrolla porque no hay comunicación; un buen ejemplo son los trastornos digestivos que involucran un desequilibrio de bacterias en el tracto digestivo. En ese caso, las nanofábricas podrían utilizarse para iniciar o aumentar la comunicación en lugar de interrumpirla ".
