Modificar una bacteria para atacar a otra, causante de una infección y resistente a los antibióticos. Es lo que ha logrado un equipo de investigadores españoles con la primera 'píldora viva' frente a infecciones pulmonares agudas. El tratamiento ha funcionado en ratones, duplicando su tasa de supervivencia, según los resultados publicados en la revista científica Nature Biotechnology.
El hallazgo del Centro de Regulación Genómica (CRG) y Pulmobiotics se dirige a la bacteria Pseudomonas aeruginosa, que es naturalmente resistente a muchos tipos de antibióticos y suele estar detrás de las infecciones que se producen dentro de los hospitales. Consiste en utilizar una versión modificada de la bacteria Mycoplasma pneumoniae, eliminando su capacidad patógena y adaptarla para que, en su lugar, ataque a P. aeruginosa. La bacteria modificada se usa en combinación con dosis bajas de antibióticos que no serían eficaces por sí solas.
A la izquierda, pulmones de ratón sin píldora activa; a la derecha, con píldora viva activa combatiendo a 'P. aeruginosa' Rocco Mazzolini/CRG
Duplica la tasa de supervivencia sin signos de toxicidad
El equipo científico observó que el uso del tratamiento en ratones redujo significativamente las infecciones pulmonares. La 'píldora viva' duplicó la tasa de supervivencia del ratón en comparación con la opción de no emplear ningún tratamiento.
Además, la administración de una única dosis alta del tratamiento no mostró signos de toxicidad en los pulmones. Una vez que el tratamiento hubo terminado su curso, el sistema inmune innato eliminó las bacterias modificadas en un período de cuatro días.
Contra la superbacteria que mora en los respiradores
Las infecciones causadas por P. aeruginosa son difíciles de tratar porque esta vive en comunidades que forman biopelículas. Las biopelículas pueden adherirse a varias superficies del cuerpo, formando estructuras impenetrables que escapan al alcance de los antibióticos. Estas 'fortalezas' crecen en la superficie de los tubos endotraqueales utilizados por pacientes en estado crítico quienes, por lo tanto, requieren ventiladores mecánicos para respirar.
Esto causa lo que se denomina neumonía asociada al ventilador (NAV), una afección que puede afectar hasta uno de cada cuatro (9-27 %) pacientes que requieren intubación. De hecho, la incidencia supera el 50 % en el caso de los pacientes intubados por COVID-19 grave. La NAV puede prolongar la estancia en la unidad de cuidados intensivos hasta un periodo de trece días, y tiene una tasa de mortalidad que alcanza a uno de cada ocho pacientes (9-13 %).
Y ahí es donde ha entrado la biología sintética, un campo que implica la ingeniería de organismos para que tengan habilidades nuevas y útiles. El equipo ha modificado a M. pneumoniae para disolver esas biopelículas. Se ha conferido la bacteria la capacidad de producir varias moléculas, incluidas las piocinas, toxinas producidas naturalmente para matar o inhibir el crecimiento de varias cepas de Pseudomonas.
Para probar su eficacia, recogieron biopelículas de P. aeruginosa de los tubos endotraqueales de pacientes en unidades de cuidados intensivos y demostraron que el tratamiento atraviesa la barrera y disuelve con éxito las biopelículas. "Hemos desarrollado un ariete que asedia a las bacterias resistentes a los antibióticos. El tratamiento abre orificios en las paredes celulares y crea unos puntos de entrada fundamentales para que los antibióticos las invadan y eliminen la infección en su origen. Creemos que es una nueva estrategia prometedora para abordar la principal causa de mortalidad hospitalaria", ha explicado la Dra. María Lluch, directora científica de Pulmobiotics, coautora principal del estudio e investigadora de la Universidad Internacional de Cataluña.
Con el objetivo de utilizar la 'píldora viva' para tratar la neumonía asociada al ventilador, se llevarán a cabo más pruebas antes de llegar a la fase de ensayo clínico. Se prevé administrar el tratamiento con un nebulizador, un dispositivo que transforma el medicamento líquido en una niebla que se inhala a través de una boquilla o de una máscara.
La utilidad de una de las bacterias más pequeñas
Hace dos décadas, el doctor Luis Serrano, director del CRG y especialista en biología sintética, tuvo la idea de modificar M. pneumoniae, una de las especies de bacterias más pequeñas conocidas. Con solo 684 genes y sin pared celular, su simplicidad facilita la ingeniería biológica para aplicaciones específicas. Además, está adaptada naturalmente al tejido pulmonar, por lo que es especialmente útil contra enfermedades respiratorias.
Así, después de administrar la bacteria modificada, viaja directamente al origen de una infección respiratoria, donde se establece como una fábrica temporal y produce una variedad de moléculas terapéuticas.
Al demostrar que M. pneumoniae puede abordar las infecciones en el pulmón, el estudio abre la puerta al desarrollo de nuevas cepas de la bacteria para abordar otros tipos de enfermedades respiratorias como el cáncer de pulmón o el asma. "La bacteria se puede modificar con una variedad de cargas activas distintas, ya sean citoquinas, nanoanticuerpos o defensinas. El objetivo es diversificar el arsenal de la bacteria modificada y liberar su potencial en el tratamiento de una variedad de enfermedades complejas", ha afirmado el doctor Serrano.
Además de diseñar la 'píldora viva', el laboratorio también está utilizando su experiencia en biología sintética para diseñar nuevas proteínas que pueden ser administradas por M. pneumoniae. El equipo está usando estas proteínas para atacar la inflamación causada por las infecciones por P. aeruginosa.