Bacterii probiotice modificate genetic pot produce local un medicament anticancer (romidepsin) direct în tumori

Un studiu realizat la Shandong University și publicat în PLOS Biology la data de 17 martie 2026 a analizat utilizarea unei bacterii probiotice modificate genetic pentru a produce direct în interiorul tumorilor medicamentul anticancer romidepsin. Cercetarea arată că bacteriile pot funcționa ca „fabrici terapeutice” capabile să sintetizeze și să elibereze local medicamente, crescând eficiența tratamentului și reducând toxicitatea sistemică.

Rezumat

• Cercetătorii au modificat genetic bacteria probiotică Escherichia coli Nissle 1917 pentru a sintetiza romidepsin, un inhibitor de histon-deacetilază aprobat pentru tratamentul limfoamelor T.

• A fost reconstruită calea biosintetică FK228 (≈36 kb), provenită de la Chromobacterium violaceum.

• Tulpina optimizată a produs până la 1,46 mg/L romidepsin in vitro.

• În modele murine cu tumori 4T1, bacteriile modificate au inhibat creșterea tumorilor comparabil sau superior administrării directe a medicamentului.

• Romidepsin s-a acumulat în tumori, dar a rămas la concentrații foarte mici în sânge.

• Terapia bacteriană a redus toxicitatea cardiacă și mortalitatea asociate administrării sistemice a medicamentului.

• Analizele proteomice au indicat activarea răspunsului imun antitumoral și reglarea expresiei unor gene asociate cancerului.

Context

În ultimele decenii, a apărut un interes major pentru terapia anticancer bazată pe bacterii capabile să colonizeze selectiv tumorile. Mai multe genuri bacteriene au fost investigate pentru această strategie, inclusiv:

• Salmonella

• Listeria

• Bifidobacterium

• Escherichia coli

Aceste bacterii prezintă un avantaj important: se pot acumula în microambientul tumoral, în special în zonele hipoxice sau necrotice ale tumorilor solide, unde medicamentele convenționale pătrund greu.

În acest context, Escherichia coli Nissle 1917 (EcN) este un candidat atractiv deoarece:

• este o tulpină probiotică sigură, utilizată clinic;

• se poate multiplica selectiv în tumori solide;

• poate fi modificată genetic pentru a produce molecule terapeutice.

Numeroase studii au demonstrat anterior că EcN poate fi programată pentru:

• producerea de peptide anticancer;

• exprimarea de inhibitori ai punctelor de control imun;

• generarea unor molecule imunostimulatoare.

Totuși, utilizarea bacteriilor pentru sinteza locală a medicamentelor anticancer complexe a fost puțin explorată.

Romidepsin

Romidepsin (FK228) este un inhibitor al histon-deacetilazelor, utilizat în tratamentul:

• limfomului cutanat cu celule T

• limfomului periferic cu celule T

Medicamentul este produs natural de bacteria Chromobacterium violaceum și este sintetizat printr-o cale biosintetică complexă NRPS-PKS, care implică:

• 3 module de peptide nonribozomale

• 2 module de poliketide

• aproximativ 12 gene biosintetice (cluster dep).

Deși romidepsin prezintă activitate antitumorală și în tumori solide, utilizarea sa este limitată de:

• toxicitate sistemică

• penetrare insuficientă în tumori.

Autorii au emis ipoteza că producția locală a medicamentului direct în tumoră ar putea depăși aceste limitări.

Despre studiul actual

Reconstrucția căii biosintetice a romidepsinului

Cercetătorii au transferat în genomul bacteriei EcN clusterul genetic responsabil de biosinteza romidepsinului din Chromobacterium violaceum.

Clusterul include aproximativ 12 gene dep, care codifică:

• enzime nonribosomal peptide synthase (NRPS)

• enzime polyketide synthase (PKS)

• proteine auxiliare implicate în biosinteză.

Pentru a permite expresia în E. coli, cercetătorii au realizat:

• optimizarea codonilor pentru toate genele biosintetice;

• optimizarea promotorilor pentru controlul expresiei;

• introducerea unor gene auxiliare esențiale.

Gene auxiliare introduse

Două gene au fost necesare pentru funcționarea sistemului biosintetic:

• fabD1 – codifică o aciltransferază implicată în transferul malonil-CoA

• sfp – fosfopantetheinil-transferază necesară activării enzimelor NRPS.

Genele au fost plasate sub controlul unor promotori constitutivi Anderson.

Sisteme de inducere a expresiei

Pentru controlul expresiei biosintezei FK228, au fost testate mai multe sisteme:

• Promotorul PBAD (indus de L-arabinoză)

• Promotorul Tet (indus de anhidrotetraciclină)

• Promotorul PfnrS (indus de hipoxie)

Promotorul sensibil la hipoxie este deosebit de relevant deoarece microambientul tumoral este caracterizat de nivel scăzut de oxigen.

Optimizarea producției de romidepsin

Mai multe modificări genetice au fost introduse pentru creșterea producției:

1. Deleția genei depK

Eliminarea genei depK, care codifică o proteină tip zinc-finger, a dus la:

• creșterea semnificativă a producției de medicament.

2. Deleția genei araC

Eliminarea araC din genomul EcN a îmbunătățit controlul promotorului PBAD.

3. Ajustarea genelor auxiliare

Au fost evaluate mai multe variante de enzime PPTase provenite din:

• Bacillus subtilis

• Pseudomonas aeruginosa

• Stigmatella aurantiaca

Cea mai eficientă a rămas varianta sfp optimizată din C. violaceum.

Producția de romidepsin

Cea mai eficientă tulpină a fost EcN-40, cu o producție maximă:

1,46 mg/L

Comparativ cu alte tulpini:

Producția maximă a fost atinsă în aproximativ 24 ore.

Analizele au arătat că:

• aproximativ 50% din cantitatea maximă de medicament era deja prezentă la 6 ore după inducere

• romidepsin difuzează pasiv prin membrana bacteriană.

Rezultate

Activitatea antitumorală in vitro

Supernatantul culturilor bacteriene conținând aproximativ:

0,16 μM romidepsin

a determinat:

• inhibiție semnificativă a proliferării celulelor tumorale 4T1.

Efectul a fost:

• mai puternic decât romidepsin administrat direct la 2,5 μM.

Producția locală de medicament în tumori

În modelul murin de cancer mamar 4T1:

• bacteriile au fost administrate intravenos;

• inducerea producției de medicament a fost realizată la 48 ore.

Romidepsin a fost detectat în tumori:

• 6 ore după inducere

• 24 ore după inducere.

Cea mai mare concentrație a fost observată în grupul EcN-40.

Concentrații sistemice

După administrarea directă de romidepsin:

• concentrația serică maximă a fost 0,015 μg/mL la 6 ore.

În terapia bacteriană:

• concentrațiile sanguine au fost extrem de mici.

Acest rezultat indică acumularea preferențială a medicamentului în tumoră.

Eficacitatea antitumorală in vivo

În modelele murine cu tumori 4T1:

• toate tulpinile modificate au inhibat creșterea tumorală mai eficient decât EcN sălbatic.

Tulpinile cu efecte comparabile cu administrarea directă a medicamentului:

• EcN-23

• EcN-40

• EcN-24

• EcN-44

• EcN-25

În unele experimente:

• EcN-24 a prezentat eficacitate chiar mai mare decât romidepsin administrat direct.

Toxicitatea tratamentului

Administrarea directă de romidepsin a dus la:

• mortalitate la unele animale.

În schimb:

• niciun deces nu a fost observat în grupurile tratate cu bacterii modificate.

Acest rezultat sugerează reducerea toxicității sistemice, în special cardiotoxice.

Analiza proteomică tumorală

Analiza proteomică a tumorilor tratate a evidențiat:

• activarea răspunsului imun

• stimularea prezentării antigenice

• activarea sistemului complement

• creșterea stresului oxidativ

• inducerea apoptozei și ferroptozei

• inhibarea angiogenezei tumorale.

Au fost identificate și modificări în expresia unor gene relevante oncologic.

Gene cu expresie crescută

• Ptrh1

• Rps25

• Ighg3

• Igkc

• Ighm

Gene cu expresie redusă

• Fn1

• Mecp2

• Lrp6

• Prss23

Aceste modificări nu au fost observate în aceeași măsură după administrarea directă de romidepsin.

Concluzii

Acest studiu demonstrează că bacteriile probiotice modificate genetic pot funcționa ca sisteme de producere și livrare locală a medicamentelor anticancer.

Principalele avantaje identificate sunt:

• producția locală a medicamentului în tumoră

• concentrații sistemice reduse

• toxicitate mai mică

• activarea simultană a răspunsului imun antitumoral.

Strategia ar putea permite transformarea bacteriilor terapeutice în platforme biologice capabile să sintetizeze medicamente direct în microambientul tumoral, deschizând noi direcții pentru tratamente oncologice personalizate.