Dizainera mikrobi: kā šis maz ticams rīks var cīnīties pret retajām slimībām

Tabletes, kas satur miljoniem baktēriju, kas ir gatavas kolonizēt jūsu zarnu, varētu būt murgs daudziem. Bet tas var kļūt par efektīvu jaunu līdzekli slimību apkarošanai.

Daudzās iedzimtajās ģenētiskajās slimībās mutācijas gēns nozīmē, ka indivīds nevar radīt būtisku vielu, kas nepieciešama viņu ķermeņa augšanai, attīstībai vai funkcionēšanai. Dažreiz to var nostiprināt ar sintētisku aizstājēju - tableti, ko viņi var lietot katru dienu, lai aizstātu to, ko viņu ķermenis būtu bijis dabiski. Cilvēkiem ar retu ģenētisku slimību, ko sauc par fenilketonūriju (PKU), trūkst fermenta, kas ir būtisks proteīnu sadalīšanai. Bez tās toksiskas ķimikālijas veidojas asinīs un var izraisīt pastāvīgus smadzeņu bojājumus.

Skatiet arī: „Murgu baktērijas”: kas jums jāzina par antibiotiku rezistentām baktērijām

Par laimi, labojums ir viegli. Ārsti ārstē šo slimību, liekot saviem pacientiem uz pārlieku zemu proteīna saturu pārējā dzīves laikā. Patiešām, tāpēc, ka labojums bija tik vienkāršs, PKU bija pirmais traucējums, par kuru jaundzimušie tika regulāri pārbaudīti, sākot ar 1961. gadu, analizējot asins pilienu, kas savākts no mazuļa papēža.

Bet iedomājieties, cik izaicinājums var būt izmērīt visu, ko ēdat visu savu dzīvi. Lai ārstētu PKU, pētnieki pašlaik pēta jaunas ārstēšanas stratēģijas. Viens no tiem ietver gēnu rediģēšanas rīku izmantošanu, lai labotu ģenētiskās mutācijas. Tomēr pašreizējā tehnoloģija joprojām ir riskanta; pastāv iespēja izjaukt citus gēnus un radīt kaitējumu pacientiem.

Ko darīt, ja varētu aizstāt šķelto gēnu, neietekmējot pacienta genomu? Tieši to ir darījuši Kembridžas, Masačūsetsas biotehnoloģijas kompānijas Synlogic pētnieki. Viņi nolēma, ka tie drīzāk neiejaucas tieši ar cilvēka genomu, bet ieviesīs terapeitiskos gēnus tieši dabīgajās baktērijās, kas atrodas cilvēka zarnās. Šīs ģenētiski modificētās baktērijas tad ražotu fermentus, kuriem PKU pacientiem nebija, un sadalīt olbaltumvielas netoksiskos produktos.

Es esmu pēcdoktorantūras pētnieks UCSD, kurš pēta mikrobu kopienu, kas dzīvo mūsu ķermenī, un to, kā tās ietekmē mūsu veselību. Tagad mēs sākam saprast, kāda nozīme ir viņu veselībai. Nākamais solis ir noskaidrot, kā mēs varam tos mainīt, lai uzlabotu mūsu veselību. Un Synlogic pētījums sniedz šo sapni tuvāk.

Inženierbaktērijas, kas dzīvo mūsu zarnās

Jums var būt pārsteigts, uzzinot, ka mūsu zarnās dzīvo triljoni baktēriju, kas palīdz mums sagremot pārtiku, ražot vitamīnus un izglītot mūsu imūnsistēmu. Šī mikrobu kopiena ir mūsu mikrobiome. Kopā tās genomās aizņem miljoniem dažādu gēnu, kas pārsniedz mūsu cilvēka gēnus 150 līdz 1, un mēs varam tos izmantot mūsu pašu labā.

Escherichia coli Nissle 1917 ir viens no tiem mikrobiem, kas dzīvo lielākajā daļā no mums, un to plaši izmanto kā probiotiku jau vairāk nekā gadsimtu, pierādot tās drošību.

Šī ir baktērija, ko Synlogic izvēlējās inženieris, lai izveidotu jaunu terapeitisku „superbaktēriju”, ko sauc par SYNB1618 PKU pacientiem.

Pētnieki ieviesa trīs gēnus, kas ļauj SYNB1618 pārveidot vienu no proteīna celtniecības blokiem, aminoskābēm, ko sauc par fenilalanīnu, drošā savienojumā, fenilpiruvātā. Kamēr fenilalanīna līmenis ir zems, PKU pacientiem nav nekādu simptomu un dzīvot normāli.

Vai GM baktērijas ir drošas?

Ģenētiski modificētu organismu pretinieki var iebilst pret dizaineru mikrobu pievienošanu mūsu zarnām. Bet, tāpat kā ar ģenētiski modificētiem pārtikas produktiem, ir stingri FDA noteikumi, kas nodrošina, ka šie mikrobi ir droši.

SYNB1618 gadījumā pētnieki izdzēsa gēnu, kas atbildīgs par būtiskas sastāvdaļas izveidi baktēriju veidošanai. Ja pētnieki nesniedz trūkstošo sastāvdaļu inženierijas baktērijām, viņi nevar atkārtoties un mirs. Tas ir veids, kā pētnieki var kontrolēt SYNB1618 pacienta ķermenī.

Kad viņi pārbaudīja mikrobus pelēm, viņi atklāja, ka pēc 48 stundām bez būtiskas sastāvdaļas SYNB1618 bija pazudis no zarnām.

Synlogic pētnieki veica arī citus piesardzības pasākumus, izstrādājot SYNB1618 un izvēloties, kurus mikrobus izmantot terapijā. Izņemot gēnus, kas pievienoti fenilalanīna apstrādei, inženierijas baktērijās ir tieši tādi paši gēni kā oriģinālam E. coli Nissle 1917, kas ir dzimtene, nodrošinot tās drošību.

Vai tas tiešām darbojas?

Kad pētnieki pierādīja, ka baktērijas var pārvērst fenilalanīnu laboratorijā, viņi nolēma baktērijas ievadīt pelēm ar PKU. Rezultāti parādīja, ka SYNB1618 degradēja fenilalanīnu, kas cirkulē dzīvnieku zarnās, kas pazemināja ārstēto peles līmeni asinīs.

Skatiet arī: Pētījums liecina, ka elektrība var radīt probiotiskas baktērijas un superbugs

Pēc tam, gatavojoties testiem cilvēkiem, pētnieki pārbaudīja SYNB1618 pērtiķiem, lai nodrošinātu drošību un efektivitāti cilvēkiem. Veseliem pērtiķiem bez PKU tika ievadīts fenilalanīns un pēc tam tika ievadīta mikrobu deva. SYNB1618 baktērijas veiksmīgi samazināja fenilalanīna līmeni asinīs - tāpat kā tie bija ar peli.

Synlogic pašlaik testē SYNB1618 cilvēkiem 1. fāzes klīniskajā pētījumā.

Tas ir solis pretī jaunai terapeitiskai pieejai, kas piedāvā lielu iespēju ārstēt cilvēka slimības, piemēram, diabētu un vēzi, un kontrolēt iekaisuma zarnu iekaisumu līmeni.

Kad mēs atklājam un saprotam visu mikrobu lomu, kas apdzīvo mūsu ķermeni, es ceru, ka mēs identificēsim mikrobus, kas var būt ideāli transportlīdzekļi dažādu gēnu terapiju pārvadāšanai, kas ārstē vēl vairāk slimību, tostarp tās, kas saistītas ar vielmaiņu un centrālo nervu sistēmu.

Šis raksts sākotnēji tika publicēts Pedro Belda Ferre sarunā. Lasiet oriģinālo rakstu šeit.