Tuberculosis: Nueva técnica analiza células individuales para entender la infección

Investigadores del King’s College London y la Universidad de Surrey han desarrollado una nueva técnica para medir el contenido de células humanas individuales infectadas con bacterias que modelan la tuberculosis, revelando cambios biológicos que los análisis convencionales no podrían detectar.

Utilizando este nuevo método, los investigadores han demostrado cómo las bacterias utilizadas para modelar la infección por tuberculosis (TB) influyen en el metabolismo de las células humanas. Estos hallazgos podrían ayudar a comprender por qué algunas células humanas son vulnerables a la infección mientras que otras permanecen sin infectar.

En esta investigación, hemos llevado al límite los límites de detección para observar las diferencias en el metabolismo de células individuales infectadas y no infectadas. Estas células tienen, en promedio, 10 micrómetros de diámetro y un volumen de menos de un picolitro, ¡100 millones de veces más pequeño que el volumen de una gota de lluvia!

Abigail Cook, estudiante de doctorado en la Universidad de Surrey y King’s College London, y autora principal del estudio.

La tuberculosis sigue siendo la principal causa de muerte por un único agente infeccioso en el mundo, causada por la bacteria Mycobacterium tuberculosis. Estas bacterias residen principalmente en células inmunitarias llamadas macrófagos, las mismas células diseñadas para destruir patógenos. Sin embargo, no todos los macrófagos se infectan. Comprender por qué algunas células nunca se infectan y por qué otras son más susceptibles podría conducir a nuevas terapias para tratar la tuberculosis.

Observando la ‘huella metabólica’ de cada célula

El estudio, publicado en Analytical Chemistry, se centró en desarrollar métodos lo suficientemente sensibles para medir las diminutas concentraciones de subproductos metabólicos en células humanas individuales. Esto se logra seleccionando una sola célula bajo un microscopio y analizándola utilizando una técnica conocida como ‘cromatografía líquida-espectrometría de masas’ (LC-MS). Este enfoque permite a los investigadores generar una ‘huella metabólica’, un patrón único que puede describir los procesos que ocurren dentro de la célula.

Hasta ahora, la mayoría de los métodos han analizado mezclas masivas de células humanas juntas o han clasificado las células en grupos, lo que imposibilita observar cómo las células afectan a sus vecinas. Con este nuevo método, los investigadores pueden usar un microscopio para seleccionar y estudiar individualmente macrófagos infectados y no infectados, manteniendo su estado natural y preservando el conocimiento de su ubicación. Esto les permite identificar diferencias entre estas células que antes eran imposibles de detectar.

La técnica también se puede utilizar para mapear la ubicación de las células en relación con sus vecinas. Esto podría allanar el camino para estudios sobre cómo las células se comunican con su entorno y si las células infectadas envían señales de advertencia a las células no infectadas sobre la infección.

Estas perspectivas podrían ayudar a descubrir los mecanismos subyacentes a la infección y la resistencia antimicrobiana, y potencialmente guiar el desarrollo de nuevos tratamientos.

La profesora Melanie Bailey, profesora de Ciencias Físicas de la Vida en el King’s College London y autora principal del estudio, dijo: “Estamos muy entusiasmadas con este nuevo enfoque porque, por primera vez, nos permite relacionar las características visibles de una célula con su química detallada. Ahora estamos utilizando este enfoque para ayudar a los investigadores a responder muchas otras preguntas biológicas clave que abarcan desde la tuberculosis hasta otras infecciones bacterianas, virales y fúngicas, hasta el cáncer y para mejorar nuestra comprensión de cómo las células se comunican entre sí”.

El Dr. Dany Beste, profesor sénior de metabolismo microbiano en la Universidad de Surrey y coautor del estudio, dijo: “Esta investigación es un gran ejemplo de la importancia de la colaboración entre biólogos y químicos. Si bien cada uno de nosotros se especializa en su propio campo, trabajar estrechamente juntos nos ha permitido abordar preguntas que ninguno de los dos podría abordar por sí solo”.

El equipo continuará ahora la investigación en las instalaciones SEISMIC, con sede en el King’s College London, que se especializa en estudios de células individuales.

Este estudio fue apoyado por el Colegio Doctoral de la Universidad de Surrey, Yokogawa Electric Corporation y subvenciones del Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC) y el Consejo de Investigación en Biotecnología y Ciencias Biológicas (BBSRC).