Biosensores de células totales proporcionan nuevo método diagnóstico

Los investigadores han desarrollado las primeras células bacterianas programables para el diagnóstico médico con capacidad mejorada de computación y de amplificación, que podrían permitir la detección clínica precoz de diversos biomarcadores patológicos en la orina o en la sangre.

Varios obstáculos han limitado la aplicación de biosensores de células enteras como herramientas analíticas clínicas, principalmente su funcionamiento no-confiable en muestras complejas y relaciones bajas señal-ruido. Equipos dirigidos por Jerome Bonnet (INSERM, CNRS, Universidad de Montpellier, Montpellier, Francia), Franck Molina (SysDiag, CNRS, Montpellier, Francia), en asociación con equipos dirigidos por Eric Renard (Hospital Regional de la Universidad de Montpellier, Montpellier, Francia) y Drew Endy (Universidad de Stanford; Standford, CA, EUA), han transformado bacterias en agentes de diagnóstico introduciendo el equivalente de un programa de computador, en su ADN. Estos bactosensors con interruptores genéticos amplificadores digitales, codificados genéticamente, pueden detectar marcadores moleculares clínicamente relevantes. Llevan a cabo la digitalización y la amplificación de la señal, el procesamiento de señales multiplexadas a través de puertas lógicas booleanas y almacenamiento de datos.

Las pruebas de diagnóstico in vitro (DVD) son generalmente no invasivas y sencillas, pero algunas son complejas, puesto que requieren tecnologías sofisticadas a menudo disponibles solamente en laboratorios centrales. Las células vivas pueden detectar, procesar y responder a muchas señales. Provistas de un “programa” apropiado puedan realizar tareas de diagnóstico. Para ello, el equipo de Jerome Bonnet tuvo la idea de aplicar los conceptos de la biología sintética derivada de la electrónica para la construcción de sistemas genéticos con el fin de “programar” células vivas como un computador.

Como un componente central de los instrumentos electrónicos modernos (incluyendo calculadoras y teléfonos inteligentes), el transistor actúa como un interruptor y como un amplificador de señal. En informática, se combinan varios transistores para construir “puertas lógicas” que responden a diferentes combinaciones de señales según una lógica predeterminada. Por ejemplo, una entrada doble “Y” una puerta lógica producirán una señal sólo si las dos señales de entrada están presentes. En la Universidad de Standford, Jerome Bonnet había inventado previamente un transistor genético llamado el “transcriptor”. La inserción de transcriptores en las bacterias puede transformarlas en calculadoras, donde las señales eléctricas utilizadas en la electrónica se sustituyen por las señales moleculares que controlan la expresión génica. Por tanto, es posible reprogramar las células mediante la implantación de “programas” genéticos simples como módulos de sensor que les permiten a las células responder a las combinaciones específicas de moléculas.

El equipo está aplicando ahora esta nueva tecnología para detectar las “señales” de la enfermedad en muestras clínicas. La capacidad de amplificación del transcriptor fue utilizada para detectar biomarcadores incluso en cantidades muy pequeñas, y los resultados de los ensayos fueron almacenados con éxito en el ADN bacteriano durante varios meses. Por lo tanto, las células semi-sintéticas adquirieron la capacidad de realizar diferentes funciones basadas en la presencia de varios marcadores, abriendo el camino a pruebas de diagnóstico más precisas que se basan en la detección de “firmas” moleculares utilizando diferentes biomarcadores.

Como un experimento clínico de prueba de concepto, el transcriptor estaba conectado a un sistema bacteriano que responde a la glucosa y detectó con éxito los niveles anormales de glucosa en la orina de los pacientes diabéticos.

“Hemos estandarizado nuestro método, y confirmado la solidez de nuestros sistemas bacterianos sintéticos en muestras clínicas. También hemos desarrollado una técnica rápida para conectar el transcriptor a los nuevos sistemas de detección. Todo esto debería facilitar la reutilización de nuestro sistema”, dijo el primer autor, Alexis Courbet. “Nuestro trabajo se centra actualmente en la ingeniería de sistemas genéticos artificiales que se puede modificar por demanda para detectar diferentes marcadores moleculares de la enfermedad”, dijo Jerome Bonnet.

El estudio fue publicado el 27 de mayo de 2015, en la revista Science Translational Medicine.


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