Dizajnér mikróby: Ako tento nepravdepodobný nástroj môže bojovať zriedkavé choroby

Pilulka obsahujúca milióny baktérií pripravených na kolonizáciu čreva môže byť pre mnohých nočnou morou. Môže sa však stať účinným novým nástrojom boja proti chorobám.

V mnohých dedičných genetických ochoreniach mutovaný gén znamená, že jedinec nemôže urobiť životne dôležitú látku potrebnú na to, aby ich telo rástlo, vyvíjalo sa alebo fungovalo. Niekedy to môže byť stanovená s náhradou syntetické - pilulka - že môžu mať denne nahradiť to, čo by ich telo malo mať prirodzene. Ľudia so zriedkavým genetickým ochorením, ktoré sa nazýva fenylketonúria (PKU), nemajú enzým, ktorý je nevyhnutný na rozklad bielkovín. Bez nej sa v krvi hromadia toxické chemikálie a môžu spôsobiť trvalé poškodenie mozgu.

Pozri tiež: "Nočné mory baktérie": Čo potrebujete vedieť o antibiotiká-rezistentné baktérie

Oprava je našťastie jednoduchá. Lekári liečia túto chorobu tým, že na zvyšok svojho života umiestnia svojich pacientov na super-nízkoproteínovú diétu. Pretože fixácia bola taká jednoduchá, PKU bola prvá porucha, pri ktorej boli novorodenci pravidelne vyšetrovaní, počnúc rokom 1961, analýzou kvapky krvi odobratej z pichnutia na päte dieťaťa.

Ale predstavte si, aké náročné môže byť merať všetko, čo jete počas celého života. Na vyliečenie PKU výskumníci v súčasnosti skúmajú nové stratégie liečby. Jedným z nich je použitie nástrojov na úpravu génov na opravu genetických mutácií. Súčasná technológia je však stále riskantná; existuje možnosť narušenia iných génov a spôsobenia kolaterálneho poškodenia pacientov.

Čo by sa dalo nahradiť zlomeným génom bez ovplyvnenia genómu pacienta? Presne to urobili výskumníci z Cambridge, Massachusetts-based biotechnologickej spoločnosti Synlogic. Rozhodli sa, že namiesto priameho zasahovania do ľudského genómu zavedú terapeutické gény priamo do prirodzene sa vyskytujúcich baktérií, ktoré sa nachádzajú v ľudskom čreve. Tieto geneticky modifikované baktérie by potom produkovali enzýmy, ktorým pacienti s PKU chýbali, a rozložili proteíny na netoxické produkty.

Som postdoktorandský výskumník na UCSD, ktorý študuje komunitu mikróbov, ktoré žijú v našom tele a ako ovplyvňujú naše zdravie. Teraz začíname chápať úlohu, ktorú zohrávajú pri udržiavaní nás zdravých. Ďalším krokom je zistiť, ako ich môžeme zmeniť, aby sme zlepšili naše zdravie. Štúdia spoločnosti Synlogic prináša tento sen o krok bližšie.

Inžinierske baktérie žijúce v našej čreve

Možno vás prekvapí, že naše črevá obývajú bilióny baktérií, ktoré nám pomáhajú stráviť potravu, produkovať vitamíny pre nás a vzdelávať náš imunitný systém. Toto spoločenstvo mikróbov je náš mikrobiol. Spoločne ukrývajú milióny rôznych génov vo svojich genómoch, ktoré presahujú počet našich ľudských génov 150 až 1 a môžeme ich využiť vo svoj prospech.

Escherichia coli Nissle 1917 je jednou z tých mikróbov, ktoré žijú vo väčšine z nás a je už viac ako storočie široko používané ako probiotikum, čo dokazuje jeho bezpečnosť.

Toto je baktéria, ktorú si Synlogic vybral na vytvorenie novej terapeutickej „super baktérie“ nazývanej SYNB1618 pre pacientov s PKU.

Výskumníci predstavili tri gény, ktoré umožňujú SYNB1618 transformovať jeden zo stavebných blokov proteínu, aminokyseliny nazývanej fenylalanín, na bezpečnú zlúčeninu, fenylpyruvát. Pokiaľ sú hladiny fenylalanínu nízke, pacienti s PKU nevykazujú žiadne príznaky a žijú normálny život.

Sú GM baktérie bezpečné?

Oponenti geneticky modifikovaných organizmov by mohli namietať proti pridaniu dizajnérskych mikróbov do našich vnútorností. Ale rovnako ako s geneticky modifikovanými potravinami, existujú prísne predpisy FDA, ktoré zabezpečujú, že tieto mikróby sú bezpečné.

V prípade SYNB1618 vedci odstránili gén zodpovedný za produkciu esenciálnej zložky na tvorbu baktérií. Ak výskumníci neposkytnú chýbajúcu zložku pre geneticky upravené baktérie, nemôžu sa replikovať a zomrú. Je to spôsob, ako môžu výskumníci kontrolovať SYNB1618 v tele pacienta.

Keď testovali mikróby u myší, zistili, že po 48 hodinách bez zásadnej zložky SYNB1618 zmizol z ich vnútorností.

Výskumníci v Synlogic tiež prijali iné opatrenia pri inžinierstve SYNB1618 a výbere mikróbov, ktoré sa majú použiť na liečbu. Iné ako gény pridané do procesu spracovania fenylalanínu, upravené baktérie obsahujú presne tie isté gény ako originál E. coli Nissle 1917, ktorá je pôvodom z čreva, zabezpečuje jej bezpečnosť.

Naozaj to funguje?

Akonáhle výskumníci dokázali, že baktérie by mohli premeniť fenylalanín v laboratóriu, rozhodli sa podať baktérie myšiam s PKU. Výsledky ukázali, že SYNB1618 degradoval fenylalanín cirkulujúci v črevách zvierat, čo znížilo hladiny liečených myší v krvi.

Pozri tiež: Štúdia navrhuje, aby probiotické baktérie a superbuky mohli produkovať elektrickú energiu

Potom, pri príprave na testy na ľuďoch, výskumníci testovali SYNB1618 na opiciach, aby sa zaistila bezpečnosť a účinnosť u ľudí. Zdravé opice bez PKU boli kŕmené fenylalanínom a následne dostali dávku mikróbov. Baktérie SYNB1618 úspešne znížili hladiny fenylalanínu v krvi - rovnako ako u myší.

Synlogic v súčasnosti testuje SYNB1618 u ľudí vo fáze 1 klinickej štúdie.

Toto je krok smerom k novému terapeutickému prístupu, ktorý ponúka veľký potenciál na liečbu ľudských ochorení, ako je diabetes a rakovina, a na monitorovanie úrovne zápalu pri zápalových ochoreniach čriev.

Keď objavujeme a chápeme úlohu všetkých mikróbov, ktoré obývajú naše telá, očakávam, že identifikujeme mikróby, ktoré môžu byť ideálnym prostriedkom na vykonávanie rôznych génových terapií, ktoré liečia ešte viac chorôb, vrátane tých, ktoré zahŕňajú metabolizmus a centrálny nervový systém.

Tento článok bol pôvodne publikovaný na The Conversation od Pedro Belda Ferre. Prečítajte si pôvodný článok.