Los investigadores diseñan bacterias de la piel capaces de secretar y producir moléculas que tratan el acné.

Una investigación internacional liderada por el Laboratorio de Biología Sintética Traslacional de la Facultad de Medicina y Ciencias de la Vida (MELIS) ​​de la Universidad Pompeu Fabra ha logrado diseñar de manera eficiente la bacteria cutánea Cutibacterium acnes para producir y secretar una molécula terapéutica adecuada para tratar los síntomas del acné. .

La bacteria diseñada se validó en líneas celulares de la piel y su administración se validó en ratones. El descubrimiento abre la puerta a ampliar la forma de diseñar bacterias no tratables para abordar los cambios de la piel y otras enfermedades utilizando terapias vivas.

Resultados del estudio publicado en Naturaleza BiotecnologíaLos investigadores han demostrado que editaron con éxito el genoma de Cutibacterium acnes para secretar y producir la proteína NGAL, conocida como mediadora del fármaco para el acné isotretinoína, que se ha demostrado que reduce la secreción de sebo al provocar la muerte de los sebocitos.

El equipo de investigación incluye científicos del Instituto de Investigación Biomédica Bellwitz (IDBEL), la Universidad de Barcelona, ​​el Centro de Tecnologías de Proteínas del Centro de Regulación Genómica, Phenocell SAS, Medizinische Hochschule Brandenburg Theodor Fontaine, la Universidad de Lund y la Universidad de Aarhus.

El acné es una afección cutánea común causada por la obstrucción o inflamación de los folículos pilosebáceos. Su apariencia puede variar desde puntos blancos y puntos negros hasta pústulas y nódulos, principalmente en la cara, frente, pecho, parte superior de la espalda y hombros. Aunque el acné es más común en los adolescentes, puede afectar a personas de todas las edades.

Los casos graves de acné se tratan con antibióticos para matar las bacterias que viven en los folículos, o con isotretinoína (conocida como Accutane), un derivado de la vitamina A, que induce la muerte de los sebocitos, las células epiteliales de la piel que producen sebo. Sin embargo, estos tratamientos pueden causar efectos secundarios graves, como romper la homeostasis del microbioma de la piel (porque no matan selectivamente las bacterias) o fotosensibilidad, como en el caso de los antibióticos; defectos de nacimiento; o descamación severa de la piel en el caso de isotretinoína.

«Desarrollamos un tratamiento tópico con un enfoque específico utilizando lo que la naturaleza ya tiene. Diseñamos las bacterias que viven en la piel y las hicimos producir lo que nuestra piel necesita. Aquí nos centramos en el tratamiento del acné, pero esta plataforma se puede extender a muchas otras indicaciones», afirma Nastassia Nadlseder, primera autora del estudio.

Ampliando el camino de las bacterias de ingeniería

«Hasta ahora, C. acnes se consideraba una bacteria no caracterizada. Era increíblemente difícil introducir el ADN y conseguir insertar en su genoma las proteínas producidas o secretadas por el elemento», explica Nadleseder, postdoctorado en el Laboratorio de Biología Sintética Traslacional de la UPF.

Sin embargo, dado que C. acnes parece ser un chasis de biología sintética atractivo para el tratamiento de enfermedades de la piel debido a su entorno profundo en los folículos pilosos (prácticamente el sitio de liberación de sebo), su importancia para la homeostasis de la piel, su estrecha conexión con objetivos terapéuticos relevantes, así como como su exitoso injerto cuando en realidad se aplicó a la piel humana. Esta falta de ingeniería llevó al equipo a editar el genoma de la bacteria.

Para editar el genoma de C. acnes, el equipo de investigación dirigido por Marc Guell se centró en mejorar la entrega de ADN a la célula, la estabilidad del ADN intracelular y la expresión genética. Los científicos han considerado medidas regulatorias mediante el desarrollo de técnicas de biocontención para evitar el uso de elementos genéticos móviles, plásmidos o elementos que causan preocupaciones regulatorias, como la resistencia a los antibióticos. Por lo tanto, la bacteria sintética resultante tiene características de seguridad que permiten su aplicación en la vida real y considerarla para futuras terapias humanas.

Capaz de secretar y producir NGAL para modular la producción de sebo en líneas celulares sintéticas de C. acnes. Cuando se aplica a la piel de ratones (el único modelo animal en el que se pueden probar las bacterias modificadas hasta ahora), estas se injertan, viven y producen la proteína. Sin embargo, la piel del ratón no es comparable a la piel humana. Tiene más pelo, está más suelta, tiene menos lípidos y tiene un mecanismo de sudoración diferente. De ahí la necesidad de un modelo alternativo que represente mejor la piel humana, como los modelos de piel 3D.

Vía terapéutica

«Hemos desarrollado una plataforma tecnológica que abre la puerta a la edición de cualquier bacteria para tratar muchas enfermedades. Ahora estamos centrados en utilizar C. acnes para tratar el acné, pero también podemos proporcionar circuitos genéticos para crear microbios inteligentes para aplicaciones relacionadas con la sensibilidad de la piel. o modulación inmune», señala Güell.

Siguiendo la misma estrategia, esta línea de investigación continúa en el marco del proyecto europeo «SkinDev», en el que científicos del Translational Synthetic Biology Lab junto con sus socios C. El acné está diseñado para tratar la dermatitis atópica, una afección inflamatoria crónica de la piel caracterizada por piel seca. El eczema y la irritación severa son comunes, especialmente en niños pequeños.

Aunque cualquier estrategia terapéutica viva debe validarse individualmente, los investigadores muestran su optimismo en la aplicación de estos microbios inteligentes a los humanos porque C. acnes no modificado ya se ha probado de forma segura y eficaz en la piel de los pacientes.