Harvard.. 

Crearon una 'superbacteria' inmune a las infecciones virales naturales

Consiste en una cepa de E. coli, a la cual hicieron resistente y con "salvaguardas" para disminuir la contaminación viral y combatir así las infecciones.
Por  Redacción de TodoJujuy.com

Un equipo de científicos pertenecientes a la Escuela de Medicina de Harvard en los Estados Unidos ha logrado importantes avances en el campo de la ingeniería genética y la biología sintética. En concreto, han realizado modificaciones genéticas en una variedad de E. coli, logrando su inmunidad total ante todas las infecciones virales conocidas hasta el momento. Además, han diseñado esta técnica con el objetivo de minimizar el riesgo de que la bacteria o sus genes alterados se liberen en la naturaleza.

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Se ha llevado a cabo un proyecto que busca reducir el peligro de contaminación viral durante la producción de drogas útiles, tales como la insulina y los biocombustibles, a través del uso de bacterias. Hasta ahora, los virus que infectan estas bacterias pueden interrumpir el proceso de producción, poner en riesgo la seguridad de los medicamentos y generar pérdidas millonarias. Con este trabajo, se busca solucionar este problema y garantizar una producción segura y eficiente de estas sustancias beneficiosas.

“Creemos que hemos desarrollado la primera tecnología para diseñar un organismo que no puede ser infectado por ningún virus conocido. No podemos decir que sea completamente resistente a los virus, pero hasta ahora, según extensos experimentos de laboratorio y análisis computacionales, no hemos encontrado un virus que pueda romperlo”, aseguró el primer autor del estudio que fue dado a conocer en Nature, Akos Nyerges.

En esa línea, el además investigador en genética en el laboratorio de George Church en el Instituto Blavatnik de Harvard detalló: “El trabajo también proporciona la primera medida de seguridad incorporada que evita que el material genético modificado se incorpore a las células naturales”.

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Los expertos afirmaron que su investigación presenta una técnica global que puede conferir inmunidad contra virus a cualquier organismo y, a su vez, evitar el intercambio de genes entre organismos genéticamente modificados (OGM). Estas estrategias de biocontención resultan cada vez más importantes conforme se busca la implementación segura de OGM en ámbitos como la agricultura, la prevención de enfermedades, la producción de biocombustibles y la eliminación de contaminantes en ambientes naturales.

Este avance científico se basa en los intentos previos de los ingenieros genéticos por desarrollar una cepa bacteriana útil, segura y resistente a los virus. En 2022, un equipo de la Universidad de Cambridge pensó haber logrado la creación de una variedad de E. coli inmune a los virus.

Sin embargo, un nuevo grupo de investigadores, quienes tomaron muestras de diferentes lugares con alta presencia de este patógeno, tales como cobertizos de pollos, nidos de ratas, aguas residuales y el río Muddy en la calle del campus de Harvard, descubrieron que aún existían virus capaces de infectar a las bacterias modificadas.

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Los investigadores habían aplicado un método que implicaba la reprogramación genética de E. coli para que produjera todas las proteínas necesarias para la vida utilizando 61 conjuntos de bloques de construcción genéticos, llamados codones, en lugar de los 64 naturales.

La hipótesis era que los virus no podrían infectar las células porque no podrían replicarse sin los codones faltantes. Sin embargo, los científicos descubrieron que la eliminación de los codones no era suficiente, ya que algunos virus traían consigo su propio conjunto de herramientas para superar esta limitación. Entonces, Nyerges y su equipo desarrollaron un método para cambiar la función de los codones en organismos vivos, algo que nunca antes se había logrado en células vivas.

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La solución encontrada por los investigadores para lograr la inmunidad completa de la bacteria E. coli frente a los virus consistió en modificar la función de los ARN de transferencia (ARNt). Cada ARNt se encarga de identificar un codón específico y añadir el aminoácido correspondiente a la proteína en construcción.

El equipo eliminó dos codones hermanos que requerían el mismo aminoácido, junto con los ARNt correspondientes, y los reemplazó por nuevos

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"tramposos". Estos ARNt reaccionan a los mismos codones, pero agregan un aminoácido diferente, lo que impide que los virus se reproduzcan. De esta manera, lograron la inmunidad completa de la bacteria E. coli frente a todas las infecciones virales conocidas en la naturaleza.

Cuando un virus ingresa en una célula E. coli y trata de hacer que produzca proteínas virales utilizando su propio código genético lleno de TCG y TCA, los ARNt "tramposos" alteran las instrucciones del virus. La adición de aminoácidos incorrectos hace que las proteínas virales sean mal plegadas y no funcionales, lo que impide que el virus se replique y continúe infectando más células.

A pesar de que los virus también contienen sus propios ARNt que pueden convertir con precisión TCG y TCA en serina, los investigadores demostraron que los ARNt engañosos introducidos son tan efectivos que superan a sus contrapartes virales.

Dicho de una forma simple, los especialistas han eliminado secciones importantes en el virus que trabajaron para impedir el “crecimiento” del germen, además de insertarle “cordones tramposos”. De esta forma, lo que hicieron fue “cortar” y desarrollar estas secciones para que, aunque un virus nuevo busque “crecer”, el patógeno elija a estos “tramposos” y permanezca inalterable. “Fue un gran desafío y un logro importante demostrar que es posible intercambiar el código genético de un organismo y que solo funciona si lo hacemos de esta manera”, aseguró Nyerges.

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Los científicos detrás del estudio lograron crear una cepa de E. coli que es inmune a todos los virus conocidos, pero señalaron que aún existe la posibilidad de que siga existiendo uno que pueda romper la protección.

Según los autores, un virus tendría que desarrollar varias mutaciones simultáneamente para superar la inmunidad proporcionada por los codones intercambiados. Este escenario es poco probable en la evolución natural, según Nyerges y su equipo. A pesar de que el método no es infalible, representa un importante avance en la bioingeniería y la bioseguridad.

La celda adecuada

Para garantizar que esta bacteria diseñada no se propague fuera de un ambiente controlado, se han establecido dos medidas de seguridad distintas. La primera medida tiene como objetivo prevenir la transferencia horizontal de genes, un proceso común en el que los fragmentos de código genético, junto con los rasgos que los acompañan, como la resistencia a los antibióticos, se transmiten de un organismo a otro.

Nyerges y sus colegas programaron una especie de corto circuito al hacer sustituciones a lo largo de los genes en las células de E. coli modificadas para que todos los codones que requieren leucina fueran reemplazados por TCG o TCA, los codones que en un organismo no modificado requerirían serina.

La bacteria todavía producía leucina correctamente en esos lugares debido a sus ARNt tramposos. Sin embargo, si otro organismo incorporara alguno de los fragmentos modificados en su propio genoma, los ARNt naturales del organismo interpretarían TCG y TCA como serina y terminarían como proteínas basura que no transmiten ninguna ventaja evolutiva. “La información genética será un embrollo”, sostuvo el experto.

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De forma parecida, el grupo de expertos comprobó que si uno de los tRNA engañosos de E. coli es transferido a otro organismo, su lectura errónea de los codones de serina como de leucina daña o mata la célula, impidiendo una mayor propagación. “Cualquier ARNt modificado que escape no llegará muy lejos porque es tóxico para los organismos naturales. Este trabajo representa la primera tecnología que evita la transferencia horizontal de genes de organismos modificados genéticamente a organismos naturales” apuntó Nyerges.

Para el segundo mecanismo de seguridad, el equipo diseñó a las propias bacterias de tal modo que no pudieran vivir fuera de un entorno controlado. El equipo hizo uso de una tecnología existente para hacer que la E. coli dependa de un aminoácido creado en laboratorio que no existe en la naturaleza.

“Por lo tanto, ningún humano u otra criatura corre el riesgo de infectarse con ‘superbacterias’”, destacó Nyerges. Los investigadores apuntan a explorar la reprogramación de codones como una herramienta para persuadir a las bacterias a generar materiales sintéticos médicamente útiles que, de lo contrario, requerirían una química costosa.

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“Aún quedan otras puertas por abrir. ¿Quién sabe qué más? Acabamos de empezar a explorar”, culminó Nyerges. De este trabajo también formaron parte Svenja Vinke, Regan Flynn, Siân V. Owen, Eleanor A. Rand, Bogdan Budnik, Eric Keen, Kamesh Narasimhan, Jorge A. Marchand, Maximilien Baas-Thomas, Min Liu, Kangming Chen, Anush Chiappino-Pepe, Fangxiang Hu, Michael Baym y George M. Church.

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