“Os esporos das bactérias entram no tumor, encontrando um ambiente onde há muitos nutrientes e nenhum oxigênio, o que este organismo prefere, e então começa a consumir esses nutrientes e a crescer em tamanho”, disse o Dr. Marc Aucoin, professor de engenharia química em Waterloo. “Então, agora estamos colonizando esse espaço central, e a bactéria está essencialmente livrando o corpo do tumor”.

No centro desta abordagem está Clostridium sporogenes, uma bactéria comumente encontrada no solo. Ele só pode sobreviver em locais que não contenham absolutamente nenhum oxigênio. O núcleo interno dos tumores sólidos é composto por células mortas e carece de oxigênio, criando as condições perfeitas para que esse micróbio se multiplique e se espalhe.

Superando a barreira do oxigênio

Há um desafio, no entanto. À medida que as bactérias se expandem e atingem áreas do tumor expostas a pequenas quantidades de oxigênio, elas começam a morrer antes de eliminarem completamente o câncer.

Para resolver esta limitação, a equipa inseriu um gene de uma bactéria relacionada que é mais tolerante ao oxigénio. Esta modificação permite que os micróbios modificados sobrevivam por mais tempo perto das regiões externas do tumor.

Os pesquisadores também precisavam de uma maneira de controlar quando o recurso de tolerância ao oxigênio é ativado. Ativá-lo muito cedo poderia permitir que as bactérias crescessem em áreas ricas em oxigênio, como a corrente sanguínea, o que seria inseguro. Para evitar isso, eles usaram um processo natural de comunicação bacteriana chamado detecção de quorum.

A detecção de quorum depende de sinais químicos liberados por bactérias. À medida que o seu número aumenta, o sinal fica mais forte. Somente depois que bactérias suficientes se acumularam dentro de um tumor é que o sinal atinge um nível que ativa o gene resistente ao oxigênio. Esse tempo garante que as bactérias ativem seu mecanismo de sobrevivência somente quando necessário.

Biologia Sintética e Circuitos de DNA

Em um estudo anterior, a equipe mostrou que Clostridium esporogenes poderia ser geneticamente alterado para resistir melhor ao oxigênio. Numa experiência de acompanhamento, eles testaram o seu design de detecção de quórum, programando bactérias para produzir uma proteína verde fluorescente, permitindo-lhes confirmar que o sistema foi ativado no momento pretendido.

“Usando a biologia sintética, construímos algo parecido com um circuito elétrico, mas em vez de fios usamos pedaços de DNA”, disse o Dr. Brian Ingalls, professor de matemática aplicada em Waterloo. “Cada peça tem sua função. Quando montadas corretamente, formam um sistema que funciona de forma previsível.”

O próximo passo é combinar o gene de tolerância ao oxigênio e o sistema de controle com detecção de quorum em uma única bactéria e avaliá-lo contra tumores em ensaios pré-clínicos.

Colaboração impulsionando a inovação no câncer

Esta pesquisa começou com o trabalho do estudante de doutorado Bahram Zargar sob a supervisão de Ingalls e do Dr. Pu Chen, professor aposentado de engenharia química em Waterloo. O projeto destaca o foco da universidade na inovação interdisciplinar em saúde, reunindo especialistas em engenharia, matemática e ciências da vida para traduzir descobertas científicas em soluções médicas do mundo real.

A equipe de Waterloo está colaborando com o Centro de Pesquisa em Microbiologia Ambiental (CREM Co Labs), uma empresa de Toronto cofundada pelo Dr. A parceria também inclui a Dra. Sara Sadr, uma ex-aluna de doutorado em Waterloo que desempenhou um papel de liderança no avanço da pesquisa.