En este momento, tiene de tres a cinco libras de bacterias viviendo en su cuerpo. Eso es unos 38 billones de bacterias, estiman los investigadores. Su sistema inmunológico tiene que controlarlas todas, separando los insectos buenos de los malos.
"Tenemos un sistema inmune increíble para mantener todo bajo control y luego lidiar con las bacterias patógenas", dice Catherine Leimkuhler Grimes, profesora asistente de química y bioquímica en la Universidad de Delaware. "Es fantástico cuando el sistema funciona,pero también horrible cuando no lo hace "
Cuando una bacteria beneficiosa se identifica erróneamente como dañina, el ataque del sistema inmunitario puede desencadenar enfermedades inflamatorias crónicas como el asma, la enfermedad de Crohn y otros trastornos. Por qué ocurre esta identificación errónea es un misterio, pero Grimes y su equipo de investigación en la Universidadde Delaware han inventado un nuevo método prometedor para literalmente ayudar a iluminar lo que sucede. El avance se publica en Comunicaciones de la naturaleza .
Etiquetado de la celda 'chaqueta'
Ahora volvamos a las tres o cinco libras de bacterias que transportamos ... Gran parte del peso proviene de las paredes celulares de las bacterias, o "chaquetas", como Grimes se refiere a ellas. Firmes, pero flexibles, están compuestas de peptidoglicano- un polímero en forma de malla hecho de proteínas péptidos y moléculas de azúcar glucano.
Las bacterias rutinariamente desprenden fragmentos de su chaqueta de peptidoglucano. Cuando el sistema inmunitario lee mal estos fragmentos y ataca el tejido sano, pueden surgir enfermedades inflamatorias crónicas. Pero los científicos no han tenido mucho ojo en ese proceso, hasta ahora.
Durante los últimos cuatro años, Grimes y su equipo han descubierto cómo etiquetar e iluminar la columna vertebral de azúcar de la cubierta celular, el primer laboratorio del mundo en hacerlo.
"Queríamos hacer químicamente un nuevo bloque de construcción, como un Lego con triángulos en la parte superior en lugar de círculos, y luego alimentar este material a la celda, que lo usaría para construir su chaqueta sin afectar nada más", Grimes"Una vez que se incorporó la etiqueta, pensamos que podríamos ponerle 'linternas', lo que nos ayudaría a visualizar los fragmentos de células y comenzar a identificar entornos inmunoestimuladores".
Grimes dijo que nadie había etiquetado el glucano así dentro de las bacterias antes, señalando que el enfoque proviene del campo relativamente nuevo de la química bioortogonal, en el que las reacciones químicas se realizan en un sistema vivo sin interferir con los procesos naturales de ese sistema.Ella continúa maravillada de cómo sus estudiantes, tanto como científicos individuales con fortalezas únicas y como colaboradores, lograron eliminar todos los obstáculos que encontraron, incluso cuando las perspectivas de éxito parecían un poco sombrías.
Poder del equipo
Cuando el equipo llegó a un obstáculo importante al principio, el estudiante de doctorado Hai Liang salvó el día, dijo Grimes. Acababa de leer un manuscrito reciente del laboratorio de Christoph Mayer en la Universidad de Tübingen, Alemania, sobre cómo las bacterias son recicladores naturales.
"Las bacterias son muy 'verdes'", dijo Liang. "De hecho, gastan mucha energía para crear este polímero, el peptidoglicano, y quieren recuperar sus bloques de construcción".
Liang le dijo al equipo cómo el grupo de Mayer había revelado dos enzimas de reciclaje, que Liang pensó que podrían escoltar su bloque de construcción modificado químicamente a la celda. Pero ¿aceptaría la celda su bloque de construcción ligeramente peculiar con los triángulos en la parte superior?
La estudiante de doctorado Kristen DeMeester desarrolló una síntesis para instalar la funcionalidad bioortogonal los "triángulos", ya sea un alquino o una azida, en los bloques de construcción de azúcar y probó la respuesta de las células. A las bacterias les gustó y recibieron sus linternas.
También descubrió cómo hacer grandes cantidades de azúcares glucano como materia prima.
"Incluso mientras salgo a trotar, pensaría en cómo hacer que estos azúcares sean más rápidos", dijo DeMeester. "Ahora puedo hacerlo en una semana, y enseño a los estudiantes de licenciatura cómo hacerlo". Su proceso para hacer estoscompuestos, y el método UD en sí, ahora están pendientes de patente.
Los colaboradores ofrecen una vista más clara
Para asegurarse de que su método funcionara, Grimes le da crédito a las instalaciones de espectrometría de masas de UD por ayudar a extraer sus bloques de construcción de peptidoglucano de las muestras de células y encontrar el fragmento que estaban buscando.
Jeffrey Caplan, director del Centro de Bioimagen de UD, capacitó al equipo en el microscopio de alta resolución de alta potencia, con su capacidad de imagen en 3D, para ver las linternas que colocan en la pared celular bacteriana.
"La forma en que Catherine y su equipo etiquetaron directamente lo que querían ver, con casi un 100 por ciento de especificidad, fue increíblemente elegante y emocionante", dijo Caplan. "Realmente estábamos viendo dentro de las paredes celulares, revelando moléculas individuales unidas alazúcares "
"Sin Jeff, nuestros hallazgos nunca habrían sucedido", dijo Grimes. "Jeff nos puso los anteojos".
¿Pero cómo afectan estos fragmentos etiquetados al sistema inmunitario? Ingrese la colaboradora Michelle Parent, profesora asociada de ciencias de laboratorio médico en la UD, y el estudiante de doctorado Ching-Wen Sandy Hou, que trabaja con macrófagos, células que encuentran y comen cuerpos extrañoscuerpos.
Cuando cultivas células humanas, no quieres nada sucio alrededor. Pero una incubadora sucia es exactamente lo que Hou necesitaba y usaba para el cultivo E. coli . Después de tratar estas células con macrófagos, miró bajo el microscopio y pudo ver fragmentos de bacterias dentro del macrófago, junto con trozos de peptidoglucano.
"Esperamos ver qué fragmento activa la respuesta inmune en el futuro", dijo Hou.
El nuevo método de UD ya está atrayendo nuevos colaboradores al laboratorio de Grimes. Se centra en un estudio con investigadores de la Universidad de Massachusetts en Amherst micobacterias tuberculosis , que causa tuberculosis, mientras que Helicobacter pylori , la bacteria que causa el cáncer de estómago, es el objetivo de un esfuerzo conjunto con el Centro de Investigación del Cáncer Fred Hutchinson en Seattle.
Un equipo soñado
Decir que Grimes está orgullosa de su equipo de investigación sería insuficiente.
"Ver a estos estudiantes de posgrado trabajar juntos sin problemas y no dejar que sus egos se interpongan en el camino es fantástico", dijo Grimes. "Mis colegas en otras universidades preguntan, ¿cómo lograron que sus estudiantes trabajen tan bien juntos?Creo que esta fue la mejor colaboración que he experimentado ".
El objetivo final de su equipo es hacer una diferencia positiva, a través de la ciencia, para las personas de todo el mundo que padecen enfermedades inflamatorias crónicas, dijo Grimes. Encontrar mejores terapias y posibles curas requerirá capacidad mental, tenacidad y trabajo duro. Y eso no es todo.
Si visita la oficina de Grimes en UD, es probable que vea las camisetas anuales de su laboratorio colgadas en la pared. En la parte posterior del modelo 2015 está estampada una frase que dice: "Confíe en su instinto".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Delaware . Original escrito por Tracey Bryant. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :