O aumento global da resistência aos antibióticos é uma ameaça crescente à saúde pública, prejudicando nossa capacidade de combater infecções mortais como a tuberculose.

O que mais, os esforços para desenvolver novos antibióticos não estão acompanhando o crescimento da resistência microbiana, resultando em uma necessidade urgente de novas abordagens para combater a infecção bacteriana.

Em um artigo publicado online na revista Nano Letras , pesquisadores do MIT, o Broad Institute of MIT e Harvard, e a Universidade de Harvard revelam que desenvolveram um novo meio de matar bactérias nocivas.

Os pesquisadores projetaram partículas, conhecido como "fagemídeos, "capaz de produzir toxinas mortais para as bactérias-alvo.

Bacteriófagos - vírus que infectam e matam bactérias - têm sido usados ​​por muitos anos para tratar infecções em países como os da antiga União Soviética. Ao contrário dos antibióticos tradicionais de amplo espectro, esses vírus têm como alvo bactérias específicas sem prejudicar a microflora normal do corpo.

Mas os bacteriófagos também podem causar efeitos colaterais potencialmente prejudiciais, de acordo com James Collins, o professor Termeer de Engenharia Médica e Ciência no Departamento de Engenharia Biológica e Instituto de Engenharia Médica e Ciência do MIT, quem liderou a pesquisa.

"Bacteriófagos matam bactérias por lise da célula, ou fazendo com que ele estourasse, "Diz Collins." Mas isso é problemático, pois pode levar à liberação de toxinas desagradáveis ​​da célula. "

Essas toxinas podem levar à sepse e até mesmo à morte em alguns casos, ele diz.

Uma explosão mais suave

Em pesquisas anteriores, Collins e seus colegas projetaram bacteriófagos para expressar proteínas que, na verdade, não estouraram as células, mas, em vez disso, aumentou a eficácia dos antibióticos quando administrados ao mesmo tempo.

Para desenvolver este trabalho anterior, os pesquisadores decidiram desenvolver uma tecnologia relacionada que visaria e mataria bactérias específicas, sem estourar as células e liberar seu conteúdo.

Os pesquisadores usaram técnicas de biologia sintética para desenvolver uma plataforma de partículas chamadas fagemídeos. Essas partículas infectam bactérias com pequenas moléculas de DNA conhecidas como plasmídeos, que são capazes de se replicar independentemente dentro de uma célula hospedeira.

Uma vez dentro da célula, os plasmídeos são projetados para expressar diferentes proteínas ou peptídeos - moléculas compostas de cadeias curtas de aminoácidos - que são tóxicas para as bactérias, Collins diz.

"Testamos sistematicamente diferentes peptídeos antimicrobianos e toxinas bacterianas, e demonstrou que quando você combina uma série deles dentro dos fagemídeos, você pode matar a grande maioria das células em uma cultura, " ele diz.

As toxinas expressas são projetadas para interromper diferentes processos celulares, como a replicação bacteriana, fazendo com que a célula morra sem estourar.

Segmentação precisa

Os fagemídeos também infectarão apenas uma espécie específica de bactéria, resultando em um sistema altamente direcionado, Collins diz.

"Você pode usar isso para matar espécies muito específicas de bactérias como parte de uma terapia de infecção, enquanto poupa o resto do microbioma, " ele diz.

Quando os pesquisadores monitoraram a resposta da bactéria à reinfecção repetida com os fagemídeos, eles não testemunharam sinais de resistência significativa às partículas. "Isso significa que você pode fazer várias rodadas de entrega dos fagomídeos, a fim de obter uma terapia mais eficaz, " ele diz.

Isso está em contraste com a infecção repetida com bacteriófagos, onde os pesquisadores descobriram que as bactérias desenvolveram resistência ao longo do tempo.

Embora Collins reconheça que as bactérias acabarão por desenvolver resistência a qualquer estresse que seja colocado sobre elas, a pesquisa sugere que é provável que levem muito mais tempo para desenvolver resistência aos fagemídeos do que à terapia convencional de bacteriófagos, ele diz.

Um "coquetel" de diferentes fagomídeos pode ser dado aos pacientes para tratar uma infecção não classificada, de forma semelhante aos antibióticos de amplo espectro usados ​​hoje.

Mas eles são mais propensos a serem usados ​​em conjunto com ferramentas de diagnóstico rápido, atualmente em desenvolvimento, que permitiria aos médicos tratar infecções específicas, Collins diz. "Primeiro, você faria um teste de diagnóstico rápido para identificar a bactéria que seu paciente possui, e, em seguida, dar o fagemídeo apropriado para matar o patógeno, " ele diz.

Os pesquisadores estão planejando expandir sua plataforma através do desenvolvimento de uma gama mais ampla de fagemídeos. Até agora, eles experimentaram um conjunto de fagomídeos específicos para E. coli, mas agora espero criar partículas capazes de matar patógenos como o Clostridium difficile e a bactéria causadora da cólera, Vibrio cholerea.

O artigo demonstra que o uso de biologia sintética para modificar um gene em um fago para torná-lo mais tóxico para um patógeno pode levar a partículas antimicrobianas mais eficazes do que as abordagens clássicas, disse Alfonso Jaramillo, professor de biologia sintética da Universidade de Warwick no Reino Unido, que não participou da pesquisa.

"Combinar dispositivos genéticos sintéticos com fagos como veículos de entrega permite uma abordagem sistemática para reprogramar bactérias patogênicas para a morte, "Jaramillo explica." O foco [dos pesquisadores] em fagos não replicativos também é muito apropriado porque essas partículas são mais viáveis ​​para uso em pessoas, uma vez que não são considerados organismos geneticamente modificados, " ele diz.

Os pesquisadores criaram uma forma aprimorada de terapia fágica que pode se tornar os antibióticos do futuro, ele adiciona.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.