Un equipo de científicos de la Universidad de Waterloo, Canadá, ha logrado un avance significativo en la lucha contra el cáncer al desarrollar bacterias capaces de infiltrarse en tumores sólidos y destruirlos desde dentro. La estrategia, publicada recientemente en ACS Synthetic Biology, se basa en la modificación genética de Clostridium sporogenes, una bacteria anaeróbica que prospera en ambientes sin oxígeno, como el núcleo de los tumores malignos.
El ambiente tumoral: un nicho ideal para las bacterias |
Los tumores sólidos presentan una estructura heterogénea: mientras que las capas externas suelen estar vascularizadas y oxigenadas, el núcleo central —compuesto principalmente por células muertas— carece de oxígeno y se encuentra en un estado de hipoxia. Este ambiente, hostil para la mayoría de las células humanas, resulta ideal para bacterias anaeróbicas como C. sporogenes.
“Las esporas bacterianas ingresan al tumor y encuentran un entorno rico en nutrientes y sin oxígeno, que es el preferido por este microorganismo. Allí comienzan a consumir esos nutrientes y a crecer en tamaño, colonizando el espacio central y, esencialmente, eliminando el tumor del cuerpo”, explicó el Dr. Marc Aucoin, profesor de ingeniería química en Waterloo y coautor del estudio.
Superando la barrera del oxígeno |
Sin embargo, el crecimiento bacteriano enfrenta un obstáculo: al expandirse hacia las regiones periféricas del tumor, donde hay trazas de oxígeno, las bacterias mueren antes de completar su acción terapéutica. Para solucionar este problema, los investigadores incorporaron un gen de resistencia al oxígeno, proveniente de una bacteria relacionada, que permite a C. sporogenes sobrevivir más tiempo en zonas con mayor oxigenación.
Pero este mecanismo no podía activarse prematuramente, ya que podría permitir el crecimiento bacteriano en zonas oxigenadas del organismo, como el torrente sanguíneo, con riesgos potenciales para el paciente. La solución llegó de la mano de un sistema de comunicación bacteriana conocido como quorum sensing.
Control preciso mediante quorum sensing |
El quorum sensing es un proceso por el cual las bacterias liberan señales químicas que se acumulan a medida que aumenta su población. Solo cuando la concentración de estas señales supera un umbral —indicando que hay suficientes bacterias dentro del tumor— se activa el gen de resistencia al oxígeno. Este diseño garantiza que la modificación genética solo se exprese en el momento y lugar adecuados.
“Utilizando herramientas de biología sintética, construimos algo similar a un circuito eléctrico, pero en lugar de cables, usamos fragmentos de ADN. Cada fragmento tiene una función específica y, cuando se ensamblan correctamente, forman un sistema predecible y controlable”, detalló el Dr. Brian Ingalls, profesor de matemática aplicada y coautor del trabajo.
Próximos pasos: hacia ensayos preclínicos |
En estudios previos, el equipo demostró que C. sporogenes podía modificarse para tolerar mejor el oxígeno. Posteriormente, validaron el sistema de quorum sensing mediante la expresión de una proteína fluorescente verde, confirmando que la activación ocurría en el momento esperado.
El siguiente objetivo es combinar ambos avances —el gen de resistencia al oxígeno y el control por quorum sensing— en una única cepa bacteriana y evaluar su eficacia en modelos preclínicos de cáncer.
Colaboración interdisciplinaria y proyección futura |
Este proyecto es el resultado de una colaboración interdisciplinaria entre ingenieros, matemáticos y biólogos, liderada inicialmente por el estudiante de doctorado Bahram Zargar y la Dra. Sara Sadr, exalumna de Waterloo. Actualmente, el equipo trabaja en conjunto con el Centro de Investigación en Microbiología Ambiental (CREM Co Labs) de Toronto, una empresa cofundada por Zargar, para acelerar la traducción de estos hallazgos a aplicaciones clínicas.
“La sinergia entre diferentes disciplinas nos permite abordar problemas complejos como el cáncer desde múltiples ángulos, optimizando tanto la seguridad como la eficacia de las terapias emergentes”, destacó el Dr. Aucoin.
Referencias:
Sadr S, Zargar B, Aucoin MG, Ingalls B. Construction and Functional Characterization of a Heterologous Quorum Sensing Circuit in Clostridium sporogenes. ACS Synthetic Biology. 2025;14(12):4857. DOI: 10.1021/acssynbio.5c00628