La resistencia a los antibióticos es uno de los problemas de salud pública más acuciantes del mundo. Los científicos que trabajan en un proyecto del Army han desarrollado una nueva arma para combatir a los superbichos, que podría proteger a los soldados y combatir la resistencia.
Los bacteriófagos, un virus que infecta y se replica dentro de las bacterias, matan las bacterias a través de mecanismos diferentes a los antibióticos y pueden dirigirse a cepas específicas, convirtiéndolas en una opción atractiva para superar potencialmente la resistencia a múltiples fármacos. Sin embargo, encontrar y optimizar rápidamente bacteriófagos bien definidos para usarlos contra un objetivo bacteriano es un reto.
Los investigadores del Instituto de Nanotecnologías de Soldados del MIT, identificaron una manera de hacer precisamente eso. El Ejército de Estados Unidos declaró al Instituto en 2002 como un centro de investigación interdisciplinaria para mejorar drásticamente las capacidades de protección, supervivencia y misión del soldado y de las plataformas y sistemas que lo apoyan.
«Este es un avance crucial en la batalla contra estos superbichos», dijo el Dr. James Burgess, director de programa del Instituto de Nanotecnologías de Soldados de la Oficina de Investigación del Ejército. «Encontrar una cura para las bacterias resistentes a los antibióticos es particularmente importante para los soldados que están desplegados en partes del mundo donde pueden encontrar patógenos desconocidos o incluso bacterias resistentes a los antibióticos. Los soldados heridos son aún más susceptibles a las infecciones, y pueden volver a casa con estos insectos resistentes a los medicamentos».
En este estudio, publicado en Cell, los ingenieros biológicos del MIT demostraron que podían programar rápidamente bacteriófagos para matar diferentes cepas de E. coli, haciendo mutaciones en una proteína viral que se une a las células huéspedes. Los resultados mostraron que estos bacteriófagos de ingeniería también son menos propensos a provocar resistencia en las bacterias.
«Cada vez más, la resistencia bacteriana evoluciona y se vuelve cada vez más problemática para la salud pública», dijo Timothy Lu, profesor asociado del MIT de ingeniería eléctrica e informática e ingeniería biológica y autor principal del estudio. «Los fagos representan una forma muy diferente de matar bacterias que los antibióticos, que son complementarios a los antibióticos, en lugar de tratar de reemplazarlos.»
Los investigadores crearon varios fagos de ingeniería que podrían matar a la E. coli cultivada en el laboratorio. Uno de los fagos recién creados también fue capaz de eliminar dos cepas de E. coli que son resistentes a los fagos naturales de una infección cutánea en ratones.
La Food and Drug Administration ha aprobado un puñado de bacteriófagos para matar bacterias dañinas en los alimentos, pero no se han utilizado ampliamente para tratar infecciones porque encontrar fagos naturales que se dirigen al tipo correcto de bacterias puede ser un proceso difícil y que lleva mucho tiempo.
Para hacer tales tratamientos más fáciles de desarrollar, el laboratorio de Lu ha estado trabajando en andamiajes virales de ingeniería que pueden ser fácilmente reorientados para dirigirse a diferentes cepas bacterianas o diferentes mecanismos de resistencia.
«Creemos que los fagos son una buena herramienta para matar y reducir los niveles de bacterias dentro de un ecosistema complejo, pero de una manera selectiva», dijo Lu.
Los investigadores querían encontrar una manera de acelerar el proceso de adaptación de los fagos a un tipo particular de bacterias. Se les ocurrió una estrategia que les permite crear y probar rápidamente un número mucho mayor de variantes de fibra de cola.
Crearon fagos con cerca de 10 millones de fibras de cola diferentes y los probaron contra varias cepas de E. coli que habían evolucionado para ser resistentes al bacteriófago no diseñado. Una forma en que E. coli puede volverse resistente a los bacteriófagos es mutando los receptores LPS para que se acorten o desaparezcan, pero el equipo del MIT encontró que algunos de sus fagos diseñados podrían matar incluso cepas de E. coli con receptores LPS mutados o perdidos.
Los investigadores planean aplicar este enfoque para dirigirse a otros mecanismos de resistencia usados por E. coli y para desarrollar fagos que puedan matar otros tipos de bacterias dañinas.
«Ser capaces de atacar selectivamente esas cepas no beneficiosas podría darnos muchos beneficios en términos de resultados clínicos humanos», aseguró Lu.
El Instituto de Nanotecnologías de Soldados se dedica a la investigación nanocientífica fundamental y multidisciplinaria de interés para el Soldado. En colaboración con el Ejército y socios industriales, esta investigación centrada en las nanociencias crea oportunidades para nuevos materiales, propiedades y fenómenos que impulsarán directamente los esfuerzos de modernización. Como centro de investigación afiliado a la Universidad del Ejército, el contrato del instituto es administrado y supervisado para el Ejército de los Estados Unidos por la Oficina de Investigación del Ejército.
El CCDC Army Research Laboratory (ARL) es un elemento del U.S. Army Combat Capabilities Development Command. Como laboratorio de investigación corporativa del Ejército, el ARL descubre, innova y transiciona la ciencia y la tecnología para asegurar el poder estratégico dominante en tierra. A través de la colaboración entre sus principales competencias técnicas, CCDC lidera el descubrimiento, desarrollo y despliegue de las capacidades basadas en la tecnología necesarias para hacer que los soldados sean más letales.
Fte. S. Army CCDC Army Research Laboratory Public Affairs
