Crean bacterias con biosensores que ‘avisan’ de enfermedades intestinales antes de aparecer

Investigadores de la Universidad Columbia Británica (UCB) en Canadá han desarrollado bacterias intestinales modificadas que atenúan su brillo fluorescente al detectar enfermedad, ofreciendo una forma no invasiva de monitorear la salud intestinal. Publicados en Cell, estos biosensores, actualmente probados en ratones, podrían anticipar cambios tempranos en el intestino y mejorar la predicción del progreso de las enfermedades, superando los métodos tradicionales que requieren procedimientos invasivos y solo ofrecen una visión puntual de la salud intestinal, según explica el coautor Juan Camilo Burckhardt.

«Las bacterias beneficiosas que residen naturalmente en el intestino y contribuyen a la salud intestinal son muy sensibles a las condiciones locales y han evolucionado para prosperar a largo plazo en estos entornos», indica la primera coautora, la doctora Giselle McCallum, quien colaboró en la investigación durante su doctorado. «Por lo tanto, la construcción de biosensores en estas bacterias permite a los investigadores monitorizar continuamente el entorno intestinal sin perturbarlo».

El equipo se centró en Bacteroides thetaiotaomicron (B. theta), una bacteria intestinal nativa que se puede modificar fácilmente en el laboratorio. Identificaron genes en B. theta que se activan en respuesta a alteraciones intestinales comunes en enfermedades gastrointestinales como la celiaquía y la enfermedad inflamatoria intestinal.

Una alteración clave es el estrés osmótico: cuando el intestino no puede absorber los alimentos adecuadamente, las moléculas no digeridas se acumulan y arrastran agua hacia el intestino. Esto puede provocar diarrea, inflamación y un posible empeoramiento de la enfermedad original.

«Comprender estos cambios intestinales es esencial para avanzar en nuestras estrategias de diagnóstico y tratamiento para la salud intestinal», expone la doctora Carolina Tropini, autora principal y profesora adjunta del MBIM y de la facultad de ingeniería biomédica. «Para ello, necesitamos mediciones de alta sensibilidad a medida que ocurren estos cambios, incluso antes de que aparezcan los síntomas».

Biosensores

Los biosensores suelen fabricarse modificando bacterias para que brillen cuando están estresadas. Sin embargo, en B. theta, este brillo es demasiado débil para detectarlo. Para solucionarlo, los investigadores invirtieron el sistema: modificaron las bacterias para que brillaran intensamente en condiciones normales y se atenuaran en condiciones de estrés. Por lo tanto, un mayor estrés osmótico en el intestino provoca un brillo más débil, lo que permite a los investigadores medir el estrés según la atenuación de la señal.

Posteriormente, el equipo probó su biosensor en ratones, analizando muestras de heces para medir la intensidad del brillo en células bacterianas individuales. Descubrimos que el biosensor reportaba con precisión el estrés osmótico intestinal, incluso detectando cambios sutiles que no causaban síntomas clínicos como la diarrea. Se mantuvo estable y receptivo durante semanas, lo que significa que podría rastrear el entorno intestinal a largo plazo y potencialmente detectar enfermedades antes de que se presenten los síntomas, insiste Burckhardt.

Desarrollo de sensores

Los investigadores ahora pueden adaptar su biosensor para informar sobre otras condiciones intestinales y potencialmente desarrollar sensores que puedan leer múltiples cambios a la vez, incluidos los niveles de oxígeno, temperatura y pH en el intestino.

«Si bien las primeras aplicaciones probablemente se centrarán en el monitoreo de enfermedades gastrointestinales, el objetivo a largo plazo es un enfoque personalizado donde las personas puedan monitorear aspectos de su salud intestinal a lo largo del tiempo e identificar señales tempranas de alerta de desequilibrio o disfunción», escriben los investigadores.

Los investigadores esperan que su estudio siente las bases para una serie de biosensores vivos de próxima generación, incluidos sistemas bacterianos, que administran medicamentos solo cuando se detectan cambios específicos relacionados con la enfermedad.