Ingeniería de bacterias para aplicaciones biomédicas

LAFernandez

 

Luis Ángel Fernández

Investigador Principal

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Resumen de su investigación

El trabajo en nuestro grupo se centra en la ingeniería de bacterias E. coli para aplicaciones biomédicas, incluyendo la selección y producción de anticuerpos recombinantes de pequeño tamaño en bacterias y el diseño de bacterias para su uso in vivo en diagnóstico y terapia. Estudiamos sistemas de secreción de proteínas que se encuentran en cepas patogénicas de E. coli y los modificamos mediante ingeniería para convertirlos en nanomáquinas que puedan ser útiles en la selección y expresión de proteínas de interés terapéutico en cepas no patógenas de E. coli.

 

Publicaciones

Ruano-Gallego D, Yara DA, Di Ianni L, Frankel G, Schüller S, Fernández LÁA nanobody targeting the translocated intimin receptor inhibits the attachment of enterohemorrhagic E. coli to human colonic mucosa.PLoS Pathog. 2019; 15(8):e1008031. PMID: 31465434 DOI:10.1371/journal.ppat.1008031

Cepeda-Molero M, Berger CN, Walsham ADS, Ellis SJ, Wemyss-Holden S, Schüller S, Frankel G, Fernández LÁ. Attaching and effacing (A/E) lesion formation by enteropathogenic E. coli on human intestinal mucosa is dependent on non-LEE effectors. PLoS Pathog. 2017; 13(10):e1006706. PMID: 29084270 DOI: 10.1371/journal.ppat.100670

Salema V., Mañas C., Cerdán L., Piñero-Lambea C., Marín E., Roovers R., van Bergen en Henegouwen P.M., and L.A. Fernández. High affinity nanobodies against human Epidermal Growth Factor Receptor selected on cells by E. coli display. MAbs 2016; 8:1286-1301. PMID: 27472381 DOI: 10.1080/19420862.2016.1216742

Ruano-Gallego D., Álvarez B., and L.A. Fernández. Engineering the controlled assembly of filamentous injectisomes in E. coli K-12 for protein translocation into mammalian cells. ACS Synthetic Biology 2015; 4:1030-1041. PMID: 26017572 DOI: 10.1021/acssynbio.5b00080

Piñero-Lambea C, Bodelón G, Fernández-Periáñez R, Cuesta AM, Álvarez-Vallina L, Fernández LA. Programming controlled adhesion of E. coli to target surfaces, cells and tumors with synthetic adhesins. ACS Synth Biol 2015; 4:463-473 PMID: 25045780 DOI: 10.1021/sb500252a

 

Fig1 LAFwebRedNuestra investigación se centra en la ingeniería de bacterias E. coli para aplicaciones biomédicas, incluyendo la selección de anticuerpos recombinantes de pequeño tamaño y el diseño de bacterias para su uso in vivo en diagnóstico y terapia. Estudiamos sistemas de secreción de proteínas que se encuentras en cepas patogénicas de E. coli y los modificamos mediante ingeniería para convertirlos en nanomáquinas que puedan ser útiles en la selección y expresión de anticuerpos recombinantes y otras proteínas de interés terapéutico en cepas no patógenas de E. coli. Entre los anticuerpos recombinantes empleamos anticuerpos monodominio (sdAb) o nanobodies, que son los fragmentos más pequeños conocidos derivados de anticuerpos con capacidad de reconocer un antígeno con alta afinidad y especificidad. Los nanobodies se basan en dominios VHH obtenidos a partir de anticuerpos de sólo cadenas pesadas presentes en camélidos (por ejemplo, dromedarios, llamas). Usamos aproximaciones de biología sintética e ingeniería de genomas para combinar la expresión de estos módulos en la bacteria diseñada.

Proyectos actuales:

1) Selección de nanobodies desde genotecas expresadas en la superficie de E. coli. Los proteínas que pertenecen a los sistemas de secreción tipo V (T5SS), como las familias de Intimina-Invasina y de los autotransportadores, tienen la capacidad de autotransportarse a través de las membrana externa bacteriana. Hemos modificado mediante ingeniería los dominios de transporte de proteínas T5SS para expresar nanobodies en la superficie de E. coli y estamos empleando esta tecnología para seleccionar clones de alta afinidad frente a antígenos relevantes en procesos de infección y patologías humanas.

2) La reprogramación de la adhesión de E. coli con adhesinas sintéticas hacia tumores. La presentación de nanobodies en la superficie de E. coli nos ha permitido generar "adhesinas sintéticas" que dirigen la unión de las bacterias a superficies diana con un antígeno reconocido por estas adhesinas, incluyendo células tumorales que expresan antígenos en la superficie celular. Hemos demostrado que se pueden colonizar tumores de forma eficiente in vivo con dosis bajas de E. coli modificadas con adhesinas sintéticas que reconocen un antígeno expresado en la superficie de las células tumorales.

3) Inyección de proteínas terapéuticas a células humanas con E. coli. Estamos explotando el sistema de secreción de proteínas tipo III (T3SS) presente en cepas enteropatógenas de E. coli (EPEC) para inyectar directamente proteínas de potencial terapéutico y nanobodies desde E. coli al citoplasma de las células humanas. Durante la infección, estos T3SS filamentosos actúan como jeringas moleculares (inyectisomas) para la translocación de las proteínas desde la bacteria a la célula de mamífero. Hemos modificado la expresión de los inyectisomas de EPEC en la cepas no patógena E. coli K-12. La inyección de nanobodies por E. coli no requiere la invasión bacteriana de la célula eucariota o la transferencia de material genético.

 

 

Fig2 LAFweb

 

 Grupo LAF 2018

 

Name
Position
Contact
Luis Ángel Fernández Herrero Investigador principal
Beatriz Álvarez González Científico postdoctoral
Elena M. Seco Martín Científico postdoctoral
Carmen Mañas Torres Estudiante predoctoral
Lidia Cerdán García Estudiante predoctoral
Alejandro Asensio Calavia Estudiante predoctoral
Eva Pico Sánchez Estudiante predoctoral
Alvaro Ceballos Munuera Estudiante predoctoral
Alba Cabrera Frisac Estudiante predoctoral
Yago Margolles Azpiazu Técnico de laboratorio

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