Dizajnerski mikrobi: kako bi se ovaj nevjerojatni alat mogao riješiti rijetke bolesti

Pilula koja sadrži milijune bakterija spremnih za kolonizaciju vašeg crijeva može biti noćna mora za mnoge. Ali može postati učinkovito novo sredstvo u borbi protiv bolesti.

U mnogim nasljednim genetskim bolestima mutirani gen znači da pojedinac ne može napraviti vitalnu supstancu koja je potrebna da bi im tijelo raslo, razvijalo se ili funkcioniralo. Ponekad se to može popraviti sintetičkim nadomjestkom - pilulom - koju mogu svakodnevno uzimati da zamijene ono što je njihovo tijelo prirodno napravilo. Osobama s rijetkom genetskom bolešću zvanom fenilketonurija (PKU) nedostaje enzim koji je neophodan za razbijanje proteina. Bez nje otrovne kemikalije se nakupljaju u krvi i mogu uzrokovati trajno oštećenje mozga.

Vidi također: “Nightmare Bacteria”: što trebate znati o gljivicama otpornim na antibiotike

Srećom, popravak je jednostavan. Liječnici liječe bolest stavljajući svoje pacijente na prehranu s vrlo niskim sadržajem proteina do kraja života. Doista, budući da je popravak bio tako jednostavan, PKU je bio prvi poremećaj za koji su novorođenčad rutinski pregledana, počevši od 1961., analizirajući kap krvi sakupljenog od uboda na peti djeteta.

Ali zamislite kako je teško izmjeriti sve što jedete tijekom cijelog života. Da bi izliječili PKU, istraživači trenutno istražuju nove strategije liječenja. Jedan uključuje korištenje alata za uređivanje gena za ispravljanje genetskih mutacija. Međutim, trenutna tehnologija je još uvijek rizična; postoji mogućnost prekida drugih gena i uzrokovanja kolateralne štete za pacijente.

Što ako bi netko mogao zamijeniti slomljeni gen bez utjecaja na genom pacijenta? Upravo su to učinili istraživači na biotehnološkoj tvrtki Synlogic iz Cambridgea, Massachusetts. Odlučili su da će se umjesto da se izravno miješaju s ljudskim genomom, uvoditi terapeutske gene izravno u bakterije koje se prirodno nalaze u ljudskom crijevu. Ove genetski modificirane bakterije bi tada proizvele enzime kojima su nedostajali PKU pacijenti i razbijali proteine ​​u netoksične proizvode.

Ja sam postdoktorski istraživač na UCSD-u koji proučava zajednicu mikroba koji žive u našim tijelima i kako oni utječu na naše zdravlje. Sada počinjemo shvaćati ulogu koju oni igraju održavajući nas zdravima. Sljedeći korak je utvrditi kako ih možemo promijeniti kako bismo poboljšali svoje zdravlje. Synlogicova studija donosi taj san korak bliže.

Inženjerske bakterije koje žive u našem crijevu

Možda ćete se iznenaditi kada saznate da naša crijeva nastanjuju trilijune bakterija koje nam pomažu probaviti hranu, proizvoditi vitamine za nas i educirati naš imunološki sustav. Ova zajednica mikroba je naš mikrobiom. Zajedno oni u svojim genomima drže milijune različitih gena, nadmašujući naše ljudske gene od 150 do 1, i možemo ih koristiti u svoju korist.

Escherichia coli Nissle 1917 je jedan od onih mikroba koji žive u većini nas i već se više od stoljeća koristi kao probiotik, dokazujući svoju sigurnost.

To je bakterija koju je Synlogic izabrao za inženjering kako bi stvorila novu terapeutsku "superbakteriju" zvanu SYNB1618 za PKU pacijente.

Istraživači su uveli tri gena koji omogućuju SYNB1618 da transformira jedan od gradivnih blokova proteina, aminokiseline zvanu fenilalanin, u siguran spoj, fenilpiruvat. Sve dok su razine fenilalanina niske, PKU pacijenti ne pokazuju nikakve simptome i žive normalnim životima.

Jesu li GM bakterije sigurne?

Protivnici genetski modificiranih organizama mogu se protiviti dodavanju dizajnerskih mikroba u naše crijevo. Ali, baš kao što to čine s genetski modificiranom hranom, postoje strogi FDA propisi koji osiguravaju da su ti mikrobi sigurni.

U slučaju SYNB1618 istraživači su izbrisali gen odgovoran za proizvodnju bitnog sastojka za izgradnju bakterija. Ako istraživači ne pruže sastojak koji nedostaje za projektirane bakterije, ne mogu se replicirati i umrijeti. To je način da istraživači kontroliraju SYNB1618 u tijelu pacijenta.

Kada su testirali mikrobe u miševima, otkrili su da je nakon 48 sati bez ključnog sastojka, SYNB1618 nestao iz njihovih crijeva.

Istraživači u Synlogicu također su poduzeli druge mjere opreza kada su inženjerirali SYNB1618 i odabrali koji će mikrobi koristiti za terapiju. Osim gena koji se dodaju za procesiranje fenilalanina, inženjerska bakterija sadrži točno iste gene kao i izvorni E coli Nissle 1917 koja je izvorna za crijeva, osiguravajući njezinu sigurnost.

Radi li stvarno?

Nakon što su istraživači dokazali da bakterija može pretvoriti fenilalanin u laboratorij, odlučili su dati bakterije miševima s PKU. Rezultati su pokazali da je SYNB1618 degradirao fenilalanin koji cirkulira u crijevima životinja, što je smanjilo razine u krvi tretiranih miševa.

Vidi također: Studija predlaže probiotičku bakteriju i superbugove koji mogu proizvesti električnu energiju

Zatim, pripremajući se za testove na ljudima, istraživači su testirali SYNB1618 na majmunima, kako bi osigurali sigurnost i učinkovitost kod ljudi. Zdrave majmune bez PKU hranjene su fenilalaninom i nakon toga su imale dozu mikroba. Bakterije SYNB1618 uspješno su smanjile razinu fenilalanina u krvi - baš kao što su to učinile kod miša.

Synlogic trenutno testira SYNB1618 kod ljudi u fazi 1 kliničkog ispitivanja.

To je korak prema novom terapijskom pristupu koji nudi veliki potencijal za liječenje ljudskih bolesti poput dijabetesa i raka te za praćenje razine upale kod upalnih bolesti crijeva.

Dok otkrivamo i razumijemo ulogu svih mikroba koji nastanjuju naša tijela, očekujem da ćemo identificirati mikrobe koji mogu biti savršena sredstva za nošenje različitih genskih terapija koje tretiraju još više bolesti, uključujući one koje uključuju metabolizam i središnji živčani sustav.

Ovaj je članak izvorno objavljen na razgovoru Pedra Belde Ferre. Pročitajte izvorni članak ovdje.