El avance de la medicina holística e integrativa es un vínculo significativo que se ha identificado entre las alteraciones metabólicas en las células inmunitarias y su capacidad para modular el fenotipo de las células inmunitarias en las enfermedades infecciosas. El inmunometabolismo ofrece nuevas perspectivas para dilucidar la patogénesis de las enfermedades infecciosas prevalentes en los seres humanos. Además, proporciona técnicas prometedoras para el desarrollo de vacunas y fármacos mediante la identificación de nuevas dianas para la intervención1. La reprogramación metabólica de las células inmunitarias se identifica en varias enfermedades infecciosas, incluida la leishmaniasis. Leishmania spp. es responsable de causar leishmaniasis, de la cual la Leishmania major (L. major) causa leishmaniasis cutánea (LC). Los parásitos principales de L. tienen un impacto significativo en el metabolismo de las células huésped, particularmente en los macrófagos, para la proliferación y la supervivencia como parásitos intracelulares2. Por lo general, los macrófagos pueden polarizarse en subconjuntos activados clásicamente (M1) o alternativamente activados (M2) donde las células M1 poseen una alta secreción de citocinas proinflamatorias y producción de óxido nítrico (NO) a través del metabolismo de las especies de nitrógeno. Las células M2 exhiben niveles elevados de citocinas antiinflamatorias y muestran una alta actividad de arginasa a través del metabolismo del nitrógeno3. Así, ambos fenotipos no solo difieren por su respuesta inmunitaria, sino también por sus vías metabólicas.
La biología de sistemas de la leishmaniasis tiene como objetivo identificar dianas moleculares para el diseño de nuevas terapias a través del diseño y desarrollo de fármacos. La reconstrucción de las redes de señalización y las vías metabólicas ayuda a comprender la leishmaniasis como un modelo holístico y aporta información para la identificación del componente principal que impulsa el estado de enfermedad. El modelado matemático es uno de los enfoques analíticos aplicados más favorecidos para comprender las complejidades de la leishmaniasis4. Las redes inmunometabólicas y los modelos matemáticos permitieron identificar la succinato deshidrogenasa (SDHA) como un componente clave del fenotipo M1, que se expresa para eliminar el parásito5. La biología sintética tiene aplicaciones en el diagnóstico, el desarrollo de vacunas y la terapéutica de la leishmaniasis. El metabolismo dirigido a la modulación de la respuesta inmunitaria puede lograrse a través de herramientas de biología sintética. Para la modulación de la fosforilo ceramida sintasa de inositol, que regula el metabolismo de los esfingolípidos y altera la señalización inmunitaria del huésped, se utilizó un circuito genético que poseía un comportamiento biestable para ajustar sintéticamente la robustez intrínseca del modelo de infección por L. major 6,7. Por lo tanto, la biología de sistemas y sintética puede proporcionar una plataforma de ingeniería genética basada en modelos para el desarrollo de la medicina de precisión en el sistema modelo de Leishmania.
El fenotipo M1 se caracteriza por la expresión de redes de señalización inmunometabólica donde la producción de citocinas inflamatorias y vías metabólicas mejora sinérgicamente la eliminación del parásito. La polarización M1 significa la producción de citocinas proinflamatorias como la interleucina-12 (IL-12), el interferón-gamma (IFN-γ) y el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α). Las vías metabólicas que están altamente enriquecidas en el fenotipo M1 incluyen la glucólisis, la vía del fosfato de pentosas y el ciclo del ácido tricarboxílico truncado (ciclo TCA)5. El ciclo truncado de TCA dirige la maquinaria de eliminación de parásitos a través del aumento de los niveles de succinato y citrato, que guían la producción de NO3. La acumulación de succinato por SDHA conduce a la activación del factor de transcripción factor 1-alfa inducible por hipoxia (HIF-1α), que induce la producción de IL-1β8. En el fenotipo M2, se observa oxidación de ácidos grasos, aumento en la utilización de glutamina y una mayor fosforilación oxidativa de la glucosa junto con la producción de citocinas antiinflamatorias como la interleucina-10 (IL-10), el factor de crecimiento transformante beta (TGF-β), la interleucina-4 (IL-4) y la interleucina-13 (IL-13)3. M2 exhibe mitocondrias alargadas como una característica distintiva, lo que conduce a una mayor eficiencia en la generación de energía. Utilizan ácidos grasos, glucosa y glutamina como sustratos para alimentar el ciclo del TCA, generando así ATP a través de la fosforilación oxidativa a una tasa más alta para promover el crecimientoy la proliferación de parásitos. La enzima SDHA responsable de la acumulación de succinato a través del TCA truncado no solo puede promover la producción de NO, sino también iniciar un consumo de oxígeno dependiente de succinato a través del transporte de electrones10. En los macrófagos infectados con Leishmania, la SDHA se regula a la baja en 2,17 veces, lo que indica que la respiración aeróbica también podría estar regulada a la baja11. Con el fin de aumentar el consumo de succinato para inducir la producción de NO mediada por citocinas proinflamatorias y promover la eliminación del parásito, la expresión de SDHA es esencial.
El circuito sintético ofrece terapias dirigidas de precisión que pueden alterar el sistema enfermo para lograr una oscilación biestable que puede restaurar un fenotipo saludable a nivel espacio-temporal. La entrega y la expresión del circuito sintético hacen que el sistema sea dinámico y robusto. Un factor fundamental que contribuye al avance de la biología sintética radica en la capacidad de ensamblar partes y elementos genéticos de manera modular para permitir la generación de arquitecturas complejas y funcionalidades personalizadas12. Las limitaciones asociadas con las técnicas de expresión tradicionales han estimulado la aparición de circuitos sintéticos de plásmidos inducibles basados en operones de tetraciclina, lo que permite una evaluación rápida del plásmido y una fácil administración en varios tipos de células13. La proteína represora que responde a la tetraciclina (TetR), cuando existe como dímero, exhibe una fuerte afinidad de unión al operón tet (TetO), suprimiendo eficazmente la transcripción. Sin embargo, tras la interacción de su ligando, la doxiciclina (dox), TetR sufre una alteración estructural, lo que resulta en su disociación de TetO, lo que permite que la transcripción continúe sin obstáculos. Este circuito puede exhibir control de la traducción de proteínas14. Por lo tanto, a través de la metodología definida, se permitió que el circuito sintético de plásmido inducible basado en operones de tetraciclina diseñado expresara SDHA en el vector pEGFP-N1. La evaluación de la eficiencia de transformación del circuito y su rendimiento proporcionó información sobre la competencia de entrega. A través de la digestión restringida del vector, se confirmó la determinación de la eficiencia de la clonación. Además, se observó una línea celular de macrófagos de ratón RAW264.7 transfectada derivada de macrófagos peritoneales de ratones Balb/c para la expresión de la proteína verde fluorescente (GFP) dependiente de la dosis de doxiciclina en células transfectadas. Además, se corroboró el efecto de eliminación del parásito en las células transfectadas con una expresión del circuito sintético. Además, se observó la inducción y expresión de citoquinas proinflamatorias, que se dirigió a través de un aumento en el punto de tiempo de infección en el circuito sintético transfectado e inducido por las células, lo que se asoció directamente con el funcionamiento del circuito sintético.