Dizajnerski mikrobi: kako se lahko to orodje izogne ​​redkim boleznim

Tabletka, ki vsebuje milijone bakterij in je pripravljena na kolonizacijo črevesja, je za mnoge lahko nočna mora. Vendar pa lahko postane učinkovito novo orodje za boj proti boleznim.

V mnogih dednih genetskih boleznih mutirani gen pomeni, da posameznik ne more ustvariti vitalne snovi, potrebne za rast, razvoj ali delovanje telesa. Včasih jo lahko določimo s sintetičnim nadomestkom - tabletko -, ki jo lahko dnevno jemljejo, da nadomestijo tisto, kar bi moralo telo narediti naravno. Ljudje z redko genetsko boleznijo, imenovano fenilketonurija (PKU), nimajo encima, ki je bistven za razgradnjo beljakovin. Brez nje se strupene kemikalije kopičijo v krvi in ​​lahko povzročijo trajne poškodbe možganov.

Glej tudi: »Nightmare Bacteria«: kaj morate vedeti o antibiotik-odpornih zarodkih

Na srečo je rešitev lahka. Zdravniki zdravijo bolezen tako, da svoje paciente prenesejo na prehrano z zelo nizko vsebnostjo beljakovin do konca življenja. Ker je bila rešitev tako preprosta, je bila PKU prva motnja, pri kateri so bili novorojenčki rutinsko pregledani, začenši leta 1961, tako da so analizirali kapljico krvi, zbrano iz kurca na peto otroka.

Predstavljajte si, kako težko je izmeriti vse, kar jeste med svojim življenjem. Za zdravljenje PKU raziskovalci trenutno raziskujejo nove strategije zdravljenja. Ena vključuje uporabo orodij za urejanje genov za popravljanje genetskih mutacij. Vendar pa je sedanja tehnologija še vedno tvegano; obstaja možnost, da bi motili druge gene in povzročili stransko škodo bolnikom.

Kaj, če bi lahko zlomljeni gen zamenjal brez vpliva na bolnikov genom? Prav to so storili raziskovalci na biotehnološkem podjetju Synlogic iz Cambridgea v Massachusettsu. Odločili so se, da namesto neposrednega vmešavanja v človeški genom uvajajo terapevtske gene neposredno v naravno prisotne bakterije, ki prebivajo v človeškem črevesju. Te gensko spremenjene bakterije bi nato proizvajale encime, ki jih bolniki s PKU niso imeli in razgradili beljakovine v netoksične izdelke.

Sem podoktorski raziskovalec na UCSD, ki preučuje skupnost mikrobov, ki živijo v naših telesih, in kako vplivajo na naše zdravje. Zdaj začenjamo razumeti vlogo, ki jo igrajo in nas ohranja zdravo. Naslednji korak je ugotoviti, kako jih lahko spremenimo, da bi izboljšali naše zdravje. In študija podjetja Synlogic prinaša te sanje korak bliže.

Inženirske bakterije, ki živijo v našem črevesju

Morda boste presenečeni, ko boste izvedeli, da naše črevesje naseljujejo trilijoni bakterij, ki nam pomagajo prebavljati hrano, proizvajajo vitamine za nas in izobražujejo naš imunski sistem. Ta skupnost mikrobov je naš mikrobiom. Skupaj združujejo milijone različnih genov v svojih genomih, ki presegajo naše človeške gene 150 do 1, in jih lahko uporabimo za našo lastno korist.

Escherichia coli Nissle 1917 je eden od tistih mikroorganizmov, ki živijo v večini nas in se že več kot stoletje pogosto uporablja kot probiotik, kar dokazuje svojo varnost.

To je bakterija, ki jo je Synlogic izbrala za izdelavo nove terapevtske »superbakterije«, imenovane SYNB1618 za PKU bolnike.

Raziskovalci so predstavili tri gene, ki omogočajo SYNB1618, da transformira enega od gradnikov proteinov, aminokisline, imenovane fenilalanin, v varno spojino, fenilpiruvat. Dokler je raven fenilalanina nizka, bolniki s PKU ne kažejo nobenih simptomov in živijo normalno.

Ali so GM bakterije varne?

Nasprotniki gensko spremenjenih organizmov bi lahko nasprotovali dodajanju oblikovalskih mikroorganizmov v naše črevesje. Toda prav tako kot pri gensko spremenjenih živilih, obstajajo strogi predpisi FDA, ki zagotavljajo, da so ti mikrobi varni.

V primeru SYNB1618 so raziskovalci izbrisali gen, ki je odgovoren za proizvodnjo bistvene sestavine za gradnjo bakterij. Če raziskovalci ne zagotovijo manjkajoče sestavine za inženirske bakterije, se ne morejo ponoviti in bodo umrli. To je način za raziskovalce, da nadzorujejo SYNB1618 v pacientovem telesu.

Ko so testirali mikrobe v miših, so odkrili, da je po 48 urah brez ključne sestavine SYNB1618 izginil iz črevesja.

Raziskovalci pri Synlogicu so tudi uporabili druge previdnostne ukrepe, ko so vgradili SYNB1618 in izbrali mikrobe, ki jih bodo uporabljali za terapijo. Razen genov, ki so bili dodani procesu fenilalanina, so bakterije, ki so jih razvili, vsebovale enake gene kot original E. coli Nissle 1917, ki je avtohtono v črevesju, zagotavlja njegovo varnost.

Ali res deluje?

Ko so raziskovalci dokazali, da lahko bakterija v laboratoriju pretvori fenilalanin, so se odločili, da bakterije dajo mišim s PKU. Rezultati so pokazali, da je SYNB1618 razgradil fenilalanin, ki kroži v črevesju živali, kar je znižalo nivoje v krvi zdravljenih miši.

Glej tudi: Študija predlaga probiotične bakterije in superbugi lahko proizvajajo elektriko

Potem, ko so se pripravili na teste pri ljudeh, so raziskovalci testirali SYNB1618 na opicah, da bi zagotovili varnost in učinkovitost pri ljudeh. Zdrave opice brez PKU so bile nahranjene s fenilalaninom in nato dobile odmerek mikrobov. Bakterije SYNB1618 so uspešno zmanjšale koncentracijo fenilalanina v krvi - prav tako kot pri miši.

Synlogic trenutno testira SYNB1618 pri ljudeh v kliničnem preskušanju 1. faze.

To je korak v smeri novega terapevtskega pristopa, ki ponuja velik potencial za zdravljenje človeških bolezni, kot so diabetes in rak, ter za spremljanje vnetnih stopenj pri vnetnih črevesnih boleznih.

Ko odkrijemo in razumemo vlogo vseh mikroorganizmov, ki živijo v našem telesu, pričakujem, da bomo identificirali mikrobe, ki so lahko idealna sredstva za izvajanje različnih genskih terapij, ki zdravijo še več bolezni, vključno s tistimi, ki vključujejo metabolizem in centralni živčni sistem.

Ta članek je bil prvotno objavljen na pogovoru Pedra Belde Ferreja. Preberite izvirni članek tukaj.