Ingeniería de bacterias para biomedicina en el Centro Nacional de Biotecnología

El Laboratorio dirigido por Luis Ángel Fernández en el Departamento de Biotecnología Microbiana del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) desarrolla ingeniería de bacterias E. coli para aplicaciones biomédicas, incluyendo la selección de anticuerpos recombinantes de pequeño tamaño y el diseño de bacterias para su uso in vivo en diagnóstico y terapia.

El grupo estudia sistemas de secreción de proteínas que se encuentran en cepas patogénicas de E. coli y los modifican mediante ingeniería para convertirlos en nanomáquinas que puedan ser útiles en la selección y expresión de anticuerpos recombinantes y otras proteínas de interés terapéutico en cepas no patógenas de E. coli.

"Entre los anticuerpos recombinantes", explica Fernández, "empleamos anticuerpos monodominio (sdAb) o nanobodies, que son los fragmentos más pequeños conocidos derivados de anticuerpos con capacidad de reconocer un antígeno con alta afinidad y especificidad. Los nanobodies se basan en dominios VHH obtenidos a partir de anticuerpos de sólo cadenas pesadas presentes en camélidos (por ejemplo, dromedarios, llamas). Usamos aproximaciones de biología sintética e ingeniería de genomas para combinar la expresión de estos módulos en la bacteria diseñada".

Proyectos actuales

1) Selección de nanobodies desde genotecas expresadas en la superficie de E. coli. Los proteínas que pertenecen a los sistemas de secreción tipo V (T5SS), como las familias de Intimina-Invasina y de los autotransportadores, tienen la capacidad de autotransportarse a través de las membrana externa bacteriana. "Hemos modificado mediante ingeniería los dominios de transporte de proteínas T5SS para expresar nanobodies en la superficie de E. coli y estamos empleando esta tecnología para seleccionar clones de alta afinidad frente a antígenos relevantes en procesos de infección y patologías humanas".

2) La reprogramación de la adhesión de E. coli con adhesinas sintéticas hacia tumores. "La presentación de nanobodies en la superficie de E. coli nos ha permitido generar "adhesinas sintéticas" que dirigen la unión de las bacterias a superficies diana con un antígeno reconocido por estas adhesinas, incluyendo células tumorales que expresan antígenos en la superficie celular. Hemos demostrado que se pueden colonizar tumores de forma eficiente in vivo con dosis bajas de E. coli modificadas con adhesinas sintéticas que reconocen un antígeno expresado en la superficie de las células tumorales".

3) Inyección de proteínas terapéuticas a células humanas con E. coli. "Estamos explotando el sistema de secreción de proteínas tipo III (T3SS) presente en cepas enteropatógenas de E. coli (EPEC) para inyectar directamente proteínas de potencial terapéutico y nanobodies desde E. coli al citoplasma de las células humanas.

Durante la infección, estos T3SS filamentosos actúan como jeringas moleculares (inyectisomas) para la translocación de las proteínas desde la bacteria a la célula de mamífero. "Hemos modificado la expresión de los inyectisomas de EPEC en la cepas no patógena E. coli K-12. La inyección de nanobodies por E. coli no requiere la invasión bacteriana de la célula eucariota o la transferencia de material genético".