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Nueva esperanza contra infecciones resistentes a los antibióticos

Investigaciones muestran que los fagos diseñados podrían combatir bacterias resistentes a los medicamentos de manera segura.

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Los antibióticos son medicamentos que se usan para combatir infecciones causadas por bacterias. Hay muchos tipos de antibióticos, llamados antibióticos de amplio espectro, que pueden tratar una amplia gama de infecciones bacterianas. Sin embargo, usar estos antibióticos con demasiada frecuencia puede dar lugar a bacterias que no responden al tratamiento, conocidas como bacterias multirresistentes (MDR). Cuando la gente se enferma debido a estas bacterias resistentes, puede necesitar más tiempo en el hospital y tener un mayor riesgo de morir. Además, el abuso de antibióticos puede dañar las bacterias beneficiosas en nuestros cuerpos, lo que lleva a otros problemas de salud, incluyendo enfermedades crónicas.

Bacteriófagos como Opción de Tratamiento

Una alternativa que se está investigando para las infecciones causadas por bacterias MDR son los bacteriófagos. Los bacteriófagos, o fags para abreviar, son virus que infectan y matan bacterias. La idea de usar fags para tratar infecciones bacterianas existe desde hace más de cien años, pero hoy está cobrando un nuevo interés. Estudios muestran que los fags pueden tratar con éxito infecciones causadas por bacterias MDR e incluso pueden funcionar bien junto a antibióticos tradicionales.

Limitaciones de la Terapia con Fags

A pesar del éxito de la terapia con fags, todavía hay desafíos a considerar. Los fags naturalmente apuntan a bacterias específicas. Algunos fags pueden no ser efectivos contra ciertas cepas de bacterias. Las bacterias también pueden desarrollar resistencia a los fags, similar a cómo pueden volverse resistentes a los antibióticos. También hay preocupación de que los fags puedan afectar a otras bacterias beneficiosas en el cuerpo.

Para ampliar el uso de la terapia con fags, los científicos están investigando formas de modificar los fags. Esto incluye hacer que puedan dirigirse a una variedad más amplia de bacterias, mejorar su capacidad para matar, y asegurarse de que no afecten a otras bacterias en el cuerpo.

Preocupaciones Regulatorias

Otro desafío con la terapia con fags es garantizar su uso seguro. Los organismos reguladores son cautelosos sobre cómo pueden comportarse los fags modificados en el cuerpo humano o en el medio ambiente. Una solución para abordar estas preocupaciones de seguridad es crear sistemas que eviten que los fags modificados se propaguen más allá de su uso previsto. Esto implica modificar la composición genética de los fags para que solo puedan replicarse en condiciones o entornos específicos.

Creando un Sistema de Bioconfinamiento para Fags

En este estudio, los investigadores desarrollaron una forma sencilla de crear un sistema de bioconfinamiento para fags. Este sistema se basa en un tipo especial de material genético llamado tRNA supresor ámbar, que permite que el fag se replique solo en presencia de este material genético específico. Al modificar los fags para que dependan de este tRNA ámbar, los investigadores pueden evitar que se reproduzcan y se propaguen de maneras no deseadas cuando este tRNA no está presente.

El sistema se probó utilizando diferentes cepas de bacterias para asegurarse de que funcionara de manera efectiva. Los fags modificados aún podían infectar y matar a las bacterias objetivo sin dañar cepas no objetivo.

Métodos Usados en el Estudio

Bacterias y Condiciones de Crecimiento

El estudio utilizó varias cepas de bacterias E. coli. Estas cepas se cultivaron en un caldo nutritivo especial para prepararlas para los experimentos. El objetivo era ver cómo se comportaban los fags modificados al introducirlos a estas bacterias.

Creando Mutantes de Fags

Los investigadores diseñaron versiones mutantes de un fag específico llamado ϕX174. Alteraron ciertos genes en estos fags para hacerlos dependientes del tRNA ámbar. Esto se hizo a través de una serie de pasos cuidadosamente planificados para asegurar que los mutantes funcionaran correctamente.

Probando la Eficacia de los Fags

Los investigadores probaron estos fags modificados exponiéndolos a varias bacterias. Miraron cuán bien podían infectar y matar las bacterias, asegurándose de que no afectaran a otras cepas que no estaban destinadas a ser atacadas.

Observaciones de los Experimentos

Los experimentos mostraron que los fags modificados eran efectivos en infectar a sus bacterias objetivo, llevando a la muerte celular. Además, cuando el tRNA ámbar no estaba presente, estos fags no podían replicarse, lo que minimizó cualquier riesgo de que se propagaran incontroladamente.

Rendimiento Contra Diferentes Cepas Bacterianas

El estudio encontró que diferentes fags modificados tenían un rendimiento diferente dependiendo de la cepa bacteriana a la que estaban apuntando. Algunos mostraron una fuerte lisis, o destrucción de las bacterias, mientras que otros fueron menos efectivos. Esta variación enfatiza la importancia de probar los fags en múltiples cepas bacterianas para garantizar su efectividad.

Efectos en Bacterias No Objetivo

Los fags modificados se probaron en cepas bacterianas no objetivo para confirmar que no las perjudicarían. Los resultados indicaron que incluso a altas concentraciones, los fags no afectaron el crecimiento de estas cepas no objetivo. Este hallazgo es significativo porque muestra que el sistema de bioconfinamiento ayuda a enfocar el tratamiento de fags solo en bacterias dañinas.

Implicaciones para la Terapia con Fags

El estudio sugiere que el sistema de bioconfinamiento descrito podría permitir un uso más amplio de la terapia con fags. Le da a los científicos una herramienta para asegurar que los fags no puedan replicarse y propagarse de maneras no deseadas. Dado que la terapia con fags ofrece una solución potencial a la resistencia a los antibióticos, tener un método confiable y seguro para usar estos tratamientos podría ser muy importante para la salud pública.

Direcciones Futuras

Todavía hay muchas cosas a considerar hacia adelante. El sistema de bioconfinamiento está diseñado actualmente para E. coli, pero podría adaptarse potencialmente para otros tipos de bacterias. Se necesita más investigación para mejorar el sistema aún más y evaluar su efectividad a mayor escala.

El costo de producir fags modificados puede ser un obstáculo para su uso generalizado. Sin embargo, los investigadores creen que con mejores métodos para crear estos fags, los costos pueden ser gestionados. Si tienen éxito, esto podría llevar a opciones de tratamiento más asequibles para infecciones bacterianas.

Conclusión

Usar fags modificados presenta un camino prometedor para tratar infecciones causadas por bacterias resistentes a los antibióticos. El desarrollo de un sistema de bioconfinamiento que evita que los fags se propaguen demasiado es crucial para asegurar su uso seguro. La investigación continua en terapia con fags ayudará a abordar las limitaciones actuales y abrirá el camino a tratamientos innovadores que podrían salvar vidas en la lucha contra las infecciones bacterianas.

Fuente original

Título: Designing a simple and efficient phage biocontainment system using the amber suppressor

Resumen: Multidrug-resistant infections are becoming increasingly prevalent worldwide. One of the fastest emerging alternative and adjuvant therapies being proposed is phage therapy. Naturally-isolated phages are used in the vast majority of phage therapy treatments today. Engineered phages are being developed to enhance the effectiveness of phage therapy, but concerns over their potential escape remains a salient issue. To address this problem, we designed a biocontained phage system based on conditional replication using amber stop codon suppression. This system can be easily installed on any natural phage with a known genome sequence. To test the system, we mutated the start codons of three essential capsid genes in the phage {phi}X174 to the amber stop codon (TAG). These phages were able to efficiently infect host cells expressing the amber initiator tRNA, which suppresses the amber stop codon and initiates translation at TAG stop codons. The amber phage mutants were also able to successfully infect host cells and reduce their population on solid agar and liquid culture but could not produce infectious particles in the absence of the amber initiator tRNA or complementing capsid gene. We did not detect any growth-inhibiting effects on E. coli strains known to lack a receptor for {phi}X174, and we show that engineered phages have a limited propensity for reversion. The approach outlined here may be useful to control engineered phage replication in both the lab and clinic.

Autores: Paul R Jaschke, P. R. Tsoumbris, R. Vincent

Última actualización: 2024-07-29 00:00:00

Idioma: English

Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.29.605542

Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.29.605542.full.pdf

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

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