Las bacterias magnéticas poseen capacidades extraordinarias gracias a las nanopartículas magnéticas, los magnetosomas, que se concatenan en el interior de sus células. Un equipo de investigación de la Universidad de Bayreuth ha transferido los aproximadamente 30 genes responsables de la producción de estas partículas a bacterias no magnéticas en una amplia serie de experimentos.

Esto dio lugar a una serie de nuevas cepas bacterianas que ahora son capaces de producir magnetosomas. Los resultados de la investigación presentados en Nature Nanotechnology son pioneros para la generación de células vivas magnetizadas, que tienen un gran potencial para el desarrollo de métodos diagnósticos y terapéuticos innovadores en biomedicina.

Basándose en extensos estudios, los investigadores identificaron inicialmente 25 especies de proteobacterias no magnéticas (con diferencia, el dominio de bacterias más extenso) que son particularmente adecuadas para la transferencia de genes y para estudiar la formación de magnetosomas. Tanto las propiedades bioquímicas como la disponibilidad de secuencias genéticas específicas fueron factores decisivos.

La magnetización tuvo éxito en siete especies:estas bacterias producen continuamente magnetosomas en los que los cristales de magnetita que contienen hierro están encadenados de manera similar a la bacteria donante Magnetospirillum gryphiswaldense.

"En términos de futuras aplicaciones en biomedicina, es particularmente prometedor que dos especies de bacterias que hemos modificado genéticamente con éxito ya se utilicen ampliamente en biotecnología."

"Según el estado actual de la investigación, son muy compatibles con las células humanas. Esto abre nuevas perspectivas para una variedad de aplicaciones biomédicas, por ejemplo, para el transporte controlado por microrobots de ingredientes farmacéuticos activos, para técnicas de imágenes magnéticas o incluso para optimizaciones de la terapia contra el cáncer mediante hipertermia", afirma la primera autora del nuevo estudio, la Dra. Marina Dziuba, investigadora asociada en el grupo de investigación de Microbiología de Bayreuth.

Los investigadores de Bayreuth han estudiado con más detalle los magnetosomas producidos por las nuevas cepas bacterianas transgénicas y han identificado así una serie de factores que podrían estar implicados causalmente en la formación de magnetosomas.

La comparación entre el genoma de estas cepas y el genoma de aquellas bacterias genéticamente modificadas que no lograron producir magnetosomas también ha permitido obtener información valiosa. Hay mucha evidencia que sugiere que la formación de magnetosomas de cepas bacterianas transgénicas está estrechamente relacionada con su capacidad para realizar la fotosíntesis o participar en procesos de respiración anaeróbica independientes del oxígeno.

En general, el nuevo estudio muestra que no son unos pocos genes o uno solo los que carecen las bacterias transgénicas cuando son incapaces de formar magnetosomas. Más bien, el factor decisivo para que sinteticen magnetosomas después de recibir los grupos de genes extraños es una combinación de ciertas propiedades metabólicas y la capacidad de utilizar eficientemente la información genética de los genes extraños para producir proteínas celulares.

"Nuestro estudio muestra que se necesita más investigación para comprender en detalle la biosíntesis de los magnetosomas, identificar las barreras a su transferencia y desarrollar estrategias para superarlas. Sin embargo, al mismo tiempo, nuestros resultados arrojan nueva luz sobre los procesos metabólicos que apoyan la formación de magnetosomas. Por lo tanto, proporcionan un marco para futuras investigaciones sobre cómo diseñar nuevas cepas de bacterias magnéticas biocompatibles adaptadas a las innovaciones biomédicas y biotecnológicas", explica el Prof. Dr. Dirk Schüler, catedrático de Microbiología de la Universidad de Bayreuth.

En investigaciones anteriores, el equipo de Bayreuth ya había logrado introducir los genes responsables de la formación de magnetosomas de la bacteria Magnetospirillum gryphiswaldense, un organismo modelo para la investigación, en el genoma de bacterias no magnéticas. Sin embargo, sólo en unos pocos casos, esta transferencia genética dio como resultado bacterias genéticamente modificadas que, a su vez, comenzaron a formar magnetosomas.

Aún no estaba del todo claro qué factores podrían influir en que las bacterias transgénicas produjeran magnetosomas. En este contexto, el estudio ahora publicado, en el que también participó un socio de investigación de la Universidad de Panonia en Veszprém (Hungría), proporciona un nuevo impulso importante para la magnetización selectiva de células vivas.

Más información: Dziuba, MV, Müller, FD., Pósfai, M. et al. Explorando la gama de huéspedes para la transferencia genética de la biosíntesis de orgánulos magnéticos. Nanotecnología de la Naturaleza (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01500-5 www.nature.com/articles/s41565-023-01500-5

Información de la revista: Nanotecnología de la naturaleza

Proporcionado por la Universidad de Bayreuth