الميكروبيوم المعدل وراثيا: تعديل البكتيريا للصحة

• كاتب:
• اسم المؤلف

  البصيرة الكمومية
• 8 آذار، 2023

يتكون الميكروبيوم من كائنات دقيقة في بيئة معينة. يمكن أن يساعد التعديل الوراثي للميكروبيوم في قمع أو إظهار سمات معينة وتقديم العلاجات ، وإيجاد تطبيقات عملية متنوعة في قطاعات الزراعة والصحة والرفاهية.

سياق الميكروبيوم المعدل وراثيا

يلعب ميكروبيوم الأمعاء ، وهو مجتمع الكائنات الحية الدقيقة في الأمعاء البشرية ، دورًا مهمًا في الصحة. أظهرت الأبحاث الحديثة أن ميكروبيوم الأمعاء يمكن أن يؤثر على أمراض المناعة الذاتية والسكري والسرطان وأمراض القلب والأوعية الدموية ومرض باركنسون والزهايمر والتصلب المتعدد وحتى الاكتئاب. ومع ذلك ، فإن توازن هذا النظام البيئي الدقيق يمكن أن يضطرب بسبب عوامل مختلفة مثل النظام الغذائي والمضادات الحيوية ، مما يجعل من الصعب استعادته. 

يبحث العديد من الباحثين في الميكروبيومات المعدلة وراثيًا لزيادة فرصها في البقاء على قيد الحياة والقدرة على التكيف. على سبيل المثال ، استخدم العلماء في جامعة تكساس إيه آند إم العلاقة التكافلية للبكتيريا ، الإشريكية القولونية ، والدودة المستديرة لهندسة ميكروبيوم الدودة وراثيًا في عام 2021. لاحظوا أنه عندما تم إدخال جينات قمع التألق في بلازميد الإشريكية القولونية ، الديدان التي استهلكتها ستتوقف عن إظهار التألق. في العام نفسه ، نجح العلماء في جامعة كاليفورنيا سان فرانسيسكو في تحميل فيروسات صيد البكتيريا بنظام كريسبر لتحرير الجينات لحذف الكروموسومات داخل الإشريكية القولونية.

في عام 2018 ، عمل الباحثون في كلية الطب بجامعة هارفارد على جعل البكتيريا تتواصل لتنسيقها والتحكم فيها بشكل متناغم. لقد أدخلوا الدوائر الجينية للإشارة والمستجيب لإطلاق وكشف النصاب المركب في نوعين من البكتيريا. عندما تم تغذية الفئران بهذه البكتيريا ، أظهرت أحشاء جميع الفئران علامات انتقال الإشارات ، مما يؤكد الاتصال الناجح للبكتيريا. يظل الهدف هو إنشاء ميكروبيوم اصطناعي به بكتيريا مُهندَسة في أمعاء الإنسان تكون فعالة في التواصل فيما بينها أثناء أداء وظائفها. 

التأثير التخريبي 

استكشاف إمكانية استخدام تقنيات تحرير الجينات لمعالجة ميكروبيوم الأمعاء يمكن أن يعالج الاختلالات التي تساهم في العديد من المشكلات الصحية. على سبيل المثال ، يمكن أن تكتشف المزيد من الأبحاث تقديم علاجات لتصحيح الاختلالات البكتيرية داخل الأمعاء البشرية المعقدة. من خلال الهندسة الوراثية للبكتيريا المعروفة بأنها مفيدة لصحة الأمعاء ، يمكن للعلماء إنشاء علاجات جديدة لمختلف الاضطرابات المرتبطة بالأمعاء ، بما في ذلك مرض التهاب الأمعاء ، ومتلازمة القولون العصبي ، وحتى السمنة. كما أنه يتيح طرق علاج أحدث لمرض السكري بسبب الاختلالات الهرمونية. 

أحد أسباب سهولة التلاعب الجيني بالبكتيريا يرجع إلى تكوين الحمض النووي الخاص بها. تحتوي هذه الكائنات الدقيقة على قطع من الحمض النووي تسمى البلازميدات بالإضافة إلى العناصر الرئيسية للحمض النووي التي تسمى الكروموسومات. يمكن أن تصنع البلازميدات نسخًا من نفسها وتحتوي على جينات أقل من الكروموسومات ، مما يسهل تغييرها باستخدام الأدوات الجينية. على وجه التحديد ، يمكن وضع قطع من الحمض النووي من كائنات أخرى في بلازميدات البكتيريا.

عندما تصنع البلازميدات نسخًا من نفسها ، فإنها تصنع أيضًا نسخًا من الجينات المضافة ، والتي تسمى الجينات المحورة. على سبيل المثال ، إذا تمت إضافة جين بشري لصنع الأنسولين إلى البلازميد ، حيث تقوم البكتيريا بعمل نسخ من البلازميد ، فإنها تخلق أيضًا نسخًا أكثر من جين الأنسولين. عندما يتم استخدام هذه الجينات ، فإنها تنتج المزيد من الأنسولين. ومع ذلك ، يتفق العلماء على أن هذا الاحتمال لا يزال بعيد المنال بسبب التعقيد الكبير للميكروبات. ومع ذلك ، يمكن أن يكون للدراسات الحالية أيضًا العديد من التطبيقات في مكافحة الآفات ، وتعزيز نمو النبات ، وتشخيص الأمراض البيطرية. 

الآثار المترتبة على الميكروبيومات المعدلة وراثيا

قد تشمل الآثار الأوسع للهندسة الوراثية الناجحة للميكروبيوم في بيئات متعددة ما يلي:

• زيادة البحث في أدوات تحرير الجينات ، مثل كريسبر.
• فتح إمكانيات جديدة لإنتاج الوقود الحيوي والغذاء والمنتجات الأخرى من خلال إنشاء سلالات جديدة من البكتيريا أكثر ملاءمة لمهام محددة.
• تقليل استخدام المضادات الحيوية التي تستهدف البكتيريا بشكل عشوائي. 
• زيادة الاهتمام بالطب الشخصي والتشخيص ، حيث يتم تخصيص العلاجات بناءً على ميكروبيوم الأمعاء.
• المخاطر المحتملة في تكاثر البكتيريا التي يمكن أن تزيد من حدوث أمراض أخرى.

أسئلة للنظر فيها

• نظرًا لتعقيد ميكروبيوم الأمعاء البشرية ، هل تعتقد أن الهندسة الوراثية الكاملة ممكنة قريبًا؟
• إلى أي مدى تتوقع أن تكون التطبيقات الواسعة الانتشار لمثل هذه العمليات مكلفة؟