Un equipo de investigación dirigido por el Instituto Forsyth recibió hoy un premio de 5,4 millones de dólares de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) para llevar a cabo una investigación revolucionaria de los microbios que viven en la boca y dentro del cuerpo humano. La investigación tiene el potencial de acelerar el trabajo en diversos campos, incluida la medicina, la biología sintética, la agricultura y las ciencias ambientales.
El prestigioso Premio de Investigación Transformativa del Director de NIH se otorgó al investigador de Forsyth Christopher Johnston y sus colegas y será administrado por el Instituto Nacional de Investigación Dental y Craneofacial (NIDCR). La subvención reconoce a científicos excepcionalmente creativos que realizan investigaciones de alto riesgo y alta recompensa que abarcan múltiples disciplinas y tienen el potencial de desafiar los paradigmas actuales. Johnston es uno de los ocho investigadores seleccionados para recibir el premio de este año, que está abierto a científicos en todas las etapas de su carrera. También se encuentra entre los beneficiarios más jóvenes del programa desde su lanzamiento en 2009.
«Este premio impulsará una investigación verdaderamente innovadora que promete acelerar el progreso en la salud oral, así como en muchos otros campos», dijo el Dr. Wenyuan Shi, director ejecutivo y director científico del Instituto Forsyth. «La investigación de Christopher es innovadora, y Forsyth está profundamente comprometido a apoyar su desarrollo y alentar a otros investigadores de carrera temprana a emular sus logros y éxitos».
Los microbios, que abarcan bacterias, virus y otros organismos microscópicos, impregnan nuestro mundo. Residen en el suelo, los océanos y las plantas, incluso dentro y sobre nuestros cuerpos. Los microbios que viven en la boca, conocidos colectivamente como microbioma oral, son un tema de intenso enfoque en Forsyth y otras instituciones de investigación, ya que se cree que son la puerta de entrada a muchas enfermedades a medida que ingresan al cuerpo humano. Algunos de estos microbios promueven la enfermedad mientras que otros pueden proteger contra ella; determinar si un microbio es amigo o enemigo (o incluso ambos) requiere un escrutinio científico minucioso.
Los científicos que estudian estos organismos enfrentan importantes obstáculos cuando se trata de establecer cómo operan los microbios. La razón es bastante simple: los investigadores carecen de las herramientas necesarias para estudiar y, en última instancia, comprender la mayoría de los microbios. Específicamente, los investigadores necesitan utilizar herramientas genéticas que les permitan sondear el ADN del microbio y manipularlo, un proceso conocido como ingeniería genética.
La tratabilidad genética limitada de los microbios es un problema importante: menos del 1 por ciento de las especies bacterianas conocidas hoy en día pueden modificarse genéticamente en el laboratorio. Para los microbios que actualmente son inaccesibles, los científicos pueden tardar meses o incluso años en desarrollar las capacidades para modificar con éxito el ADN microbiano.
«Uno de los desafíos más generalizados que enfrenta la microbiología es que, en lugar de centrarnos en los organismos más interesantes o incluso más importantes, tendemos a centrarnos en los que funcionan, es decir, los que son susceptibles de ingeniería genética», dijo. Johnston.
Katherine Lemon, colaboradora de la nueva subvención, está de acuerdo. «Los obstáculos técnicos son complejos», dijo Lemon, quien es miembro asociado del personal de Forsyth, además de médico pediátrico de enfermedades infecciosas en el Boston Children’s Hospital y profesor asistente en la Facultad de Medicina de Harvard. «Hemos estado luchando para diseñar genéticamente algunas de las bacterias clave en la piel y en la nariz, a veces con años de esfuerzo sin recompensa».
El trabajo de Johnston busca cambiar eso. Junto con sus colegas, incluido Cullen Buie, profesor asociado de ingeniería mecánica en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), está diseñando un sistema rápido y robusto que permitirá a los científicos modificar genéticamente prácticamente cualquier tipo de bacteria que pueda crecer en el laboratorio. El sistema busca superar las barreras genéticas y físicas que protegen a las bacterias de los ataques virales y ambientales. Estas son las mismas barreras que sirven para obstaculizar y socavar los intentos de los científicos de modificar genéticamente los microbios.
«El impacto de nuestro trabajo será de gran alcance», dijo Buie. «Desde la comprensión de patógenos humanos importantes hasta el descubrimiento de antibióticos y la producción de productos bioquímicos, creo sinceramente que revolucionaremos el estudio de toda la bacteriología».
Otros colaboradores del proyecto incluyen a Floyd Dewhirst, pionero en la investigación del microbioma oral, y Tsute (George) Chen, experto en bioinformática y biología computacional. Una vez completado, los investigadores aplicarán su poderoso sistema a miembros bacterianos clave del microbioma oral que han permanecido fuera del alcance de los científicos, como los aislados clínicos de Fusobacterium nucleatum. Este microbio es un componente clave de la placa que normalmente se acumula en la superficie de los dientes y ha ganado notoriedad en los últimos años por su asociación con el crecimiento de tumores colorrectales.
«La capacidad de diseñar rápida y sistemáticamente cualquier microbio oral será un cambio de paradigma fundamental», dijo Dewhirst. «Superará una barrera importante que ahora limita la investigación sobre estas especies, que juegan un papel clave en la salud oral y sistémica».
Otros expertos científicos están de acuerdo. «Los nuevos métodos propuestos serán extremadamente útiles al superar una barrera importante para introducir nuevas secuencias de ADN en las bacterias», dijo Sir Richard Roberts, director científico de New England Biolabs y Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1993. «También podrían conducir a interesantes descubrimientos fortuitos y ayudar a identificar barreras adicionales que están frenando la ingeniería genética microbiana».
Una vez que esté completamente desarrollado, este nuevo sistema también tendrá un impacto significativo en el campo más amplio de la microbiología, abriendo innumerables organismos nuevos a la ingeniería genética y al examen fundamental. El objetivo final y la ambición de la investigación es garantizar que cualquier bacteria con relevancia para la salud y la enfermedad humana pueda ser genéticamente tratable en cuestión de semanas, no de años.
