Bacterias ingenierizadas podrían consumir tumores cancerosos desde adentro

Un equipo de investigadores de la Universidad de Waterloo se encuentra trabajando en un tratamiento innovador contra el cáncer que utiliza bacterias diseñadas para consumir tumores desde su interior. Este enfoque se basa en microbios que prosperan en ambientes carentes de oxígeno, lo que convierte el interior de muchos tumores sólidos en un objetivo ideal.

El profesor de ingeniería química, Dr. Marc Aucoin, explicó: "Las esporas de bacterias ingresan al tumor, encontrando un entorno rico en nutrientes y sin oxígeno, lo que este organismo prefiere, y comienza a alimentarse de esos nutrientes y crecer en tamaño. Así, estamos colonizando ese espacio central, y la bacteria está eliminando esencialmente el tumor del cuerpo".

El corazón de esta estrategia es la bacteria Clostridium sporogenes, un microbio común en el suelo que solo puede sobrevivir en lugares sin oxígeno. El núcleo interno de los tumores sólidos está compuesto de células muertas y carece de oxígeno, creando condiciones perfectas para que este microbio se multiplique.

Sin embargo, existe un desafío. A medida que las bacterias se expanden hacia afuera y alcanzan áreas del tumor expuestas a pequeñas cantidades de oxígeno, comienzan a morir antes de eliminar completamente el cáncer.

Para abordar esta limitación, el equipo insertó un gen de una bacteria relacionada que es más tolerante al oxígeno. Esta modificación permite que los microbios diseñados sobrevivan más tiempo cerca de las regiones externas del tumor.

Los investigadores también necesitaban un método para controlar cuándo se activa esta característica de tolerancia al oxígeno. Activarla demasiado pronto podría permitir que las bacterias crezcan en áreas ricas en oxígeno, como el torrente sanguíneo, lo que sería peligroso. Para evitar esto, utilizaron un proceso natural de comunicación bacteriana llamado quorum sensing.

El quorum sensing se basa en señales químicas liberadas por las bacterias. A medida que sus números aumentan, la señal se vuelve más fuerte. Solo después de que suficientes bacterias se hayan acumulado dentro de un tumor, la señal alcanza un nivel que activa el gen resistente al oxígeno. Este momento asegura que las bacterias activen su mecanismo de supervivencia solo cuando sea necesario.

En un estudio anterior, el equipo demostró que Clostridium sporogenes podía ser alterado genéticamente para resistir mejor al oxígeno. En un experimento posterior, probaron su diseño de quorum sensing programando a las bacterias para producir una proteína fluorescente verde, lo que les permitió confirmar que el sistema se activaba en el momento previsto.

El Dr. Brian Ingalls, profesor de matemáticas aplicadas en Waterloo, comentó: "Usando biología sintética, construimos algo similar a un circuito eléctrico, pero en lugar de cables utilizamos piezas de ADN. Cada pieza tiene su función. Cuando se ensamblan correctamente, forman un sistema que funciona de manera predecible".

El siguiente paso consiste en combinar tanto el gen de tolerancia al oxígeno como el sistema de control de quorum sensing en una sola bacteria y evaluarlo contra tumores en ensayos preclínicos.

Este trabajo de investigación se originó con el estudiante de doctorado Bahram Zargar bajo la supervisión de Ingalls y del Dr. Pu Chen, un profesor retirado de ingeniería química en Waterloo. El proyecto destaca el enfoque de la universidad en la innovación en salud interdisciplinaria, reuniendo expertos en ingeniería, matemáticas y ciencias de la vida para traducir descubrimientos científicos en soluciones médicas prácticas.

El equipo de Waterloo colabora con el Centro de Investigación en Microbiología Ambiental (CREM Co Labs), una empresa de Toronto cofundada por Zargar. La asociación también incluye a Dr. Sara Sadr, una exalumna de doctorado de Waterloo que desempeñó un papel destacado en el avance de la investigación.