No filme de ficção científica de 1966, Fantastic Voyage, um submarino é encolhido e injetado no corpo de um cientista para reparar um coágulo de sangue em seu cérebro. Embora o filme ainda possa ser ficção, pesquisadores da Caltech estão dando passos nesta direção:eles têm, pela primeira vez, criou células bacterianas com a capacidade de refletir ondas sonoras, uma reminiscência de como os submarinos refletem o sonar para revelar suas localizações.

O objetivo final é ser capaz de injetar bactérias terapêuticas no corpo de um paciente - por exemplo, como probióticos para ajudar a tratar doenças do intestino ou como tratamentos direcionados para tumores - e então usar máquinas de ultrassom para atingir as bactérias modificadas com ondas sonoras para gerar imagens que revelam a localização dos micróbios. As fotos permitiriam aos médicos saber se os tratamentos chegavam ao lugar certo no corpo e estavam funcionando corretamente.

"Estamos projetando as células bacterianas para que possam enviar ondas sonoras de volta para nós e nos informar sua localização da mesma forma que um navio ou submarino espalha o sonar quando outro navio está procurando por ele, "diz Mikhail Shapiro, professor assistente de engenharia química, Schlinger Scholar, e Investigador do Heritage Medical Research Institute. "Queremos ser capazes de perguntar às bactérias, 'Onde você está e como vai?' O primeiro passo é aprender a visualizar e localizar as células, e a próxima etapa é se comunicar com eles. "

Os resultados serão publicados na edição de 4 de janeiro da revista. Natureza . O autor principal é Raymond Bourdeau, um ex-bolsista de pós-doutorado no laboratório de Shapiro.

A ideia de usar bactérias como remédio não é nova. Os probióticos foram desenvolvidos para tratar doenças do intestino, como a doença do intestino irritável, e alguns estudos anteriores mostraram que as bactérias podem ser usadas para atingir e destruir células cancerosas. Mas visualizar essas células bacterianas e também se comunicar com elas - tanto para reunir informações sobre o que está acontecendo no corpo quanto para dar instruções às bactérias sobre o que fazer a seguir - ainda não é possível. As técnicas de imagem que dependem da luz - como tirar fotos de células marcadas com um "gene repórter" que codifica a proteína fluorescente verde - só funcionam em amostras de tecido removidas do corpo. Isso ocorre porque a luz não pode penetrar em tecidos mais profundos como o intestino, onde as células bacterianas residiriam.

Shapiro quer resolver esse problema com técnicas de ultrassom porque as ondas sonoras podem viajar mais profundamente nos corpos. Ele diz que teve um momento de eureka cerca de seis anos atrás, quando aprendeu sobre as estruturas de proteínas cheias de gás em bactérias da água que ajudam a regular a flutuabilidade dos organismos. Shapiro formulou a hipótese de que essas estruturas, chamadas vesículas de gás, poderia devolver as ondas sonoras de maneiras que as distinguiam de outros tipos de células. De fato, Shapiro e seus colegas demonstraram que as vesículas de gás podem ser visualizadas com ultrassom nas vísceras e em outros tecidos de camundongos.

O próximo objetivo da equipe era transferir os genes para fazer vesículas de gás das bactérias que vivem na água em um tipo diferente de bactéria - Escherichia coli, que é comumente usado em terapêutica microbiana, como probióticos.

"Queríamos ensinar o E. coli bactérias para fazer as próprias vesículas de gás, "diz Shapiro." Tenho vontade de fazer isso desde que percebemos o potencial das vesículas de gás, mas encontramos alguns obstáculos ao longo do caminho. Quando finalmente conseguimos fazer o sistema funcionar, estávamos em êxtase. "

Um dos desafios enfrentados pela equipe envolveu a transferência da maquinaria genética para as vesículas de gás em E. coli . Eles tentaram primeiro transferir genes de vesículas de gás isolados de uma bactéria que vive na água chamada Anabaena flos-aquae, mas isso não funcionou - o E. coli não conseguiu fazer as vesículas. Eles tentaram novamente usar genes de vesículas de gás de um parente mais próximo de E. coli , uma bactéria chamada Bacillus megaterium. Isso também não deu certo, porque as vesículas de gás resultantes eram muito pequenas para espalhar as ondas sonoras com eficiência. Finalmente, a equipe tentou uma mistura de genes de ambas as espécies - e funcionou. o E. coli fizeram vesículas de gás por conta própria.

Os genes da vesícula de gás codificam proteínas que agem como tijolos ou guindastes na construção da estrutura final da vesícula - algumas das proteínas são os blocos de construção das vesículas, enquanto outras ajudam na montagem das estruturas. "Essencialmente, descobrimos que precisamos dos tijolos da Anabaena flos-aquae e dos guindastes do Bacillus megaterium para que E. coli ser capaz de fazer vesículas de gás, "diz Bourdeau.

Experimentos subsequentes da equipe demonstraram que a engenharia E. coli poderia de fato ser fotografado e localizado dentro das vísceras de camundongos usando ultrassom.

"Este é o primeiro gene repórter acústico para uso em imagens de ultrassom, "diz Shapiro." Esperamos que, em última análise, faça pelo ultrassom o que a proteína fluorescente verde fez pelas técnicas de imagem baseadas em luz, que é realmente revolucionar a imagem das células de maneiras que não eram possíveis antes. "

Os pesquisadores dizem que a tecnologia deve estar disponível em breve para cientistas que fazem pesquisas em animais, embora demore muito mais anos para desenvolver o método para uso em humanos.