Генна-інжынерны мікрабіём: змяненне бактэрый для здароўя

• аўтар:
• імя аўтара

  Quantumrun Foresight
• Сакавік 8, 2023

Мікрабіём складаецца з мікраарганізмаў у пэўным асяроддзі. Генетычная мадыфікацыя мікрабіёма можа дапамагчы здушыць або праявіць пэўныя рысы і даць тэрапеўтычныя сродкі, знайшоўшы розныя практычныя прымянення ў сектарах сельскай гаспадаркі, аховы здароўя і дабрабыту.

Кантэкст мікрабіёма геннай інжынерыі

Кішачны мікрабіём, супольнасць мікраарганізмаў у кішачніку чалавека, гуляе важную ролю ў здароўі. Апошнія даследаванні паказалі, што мікрабіём кішачніка можа ўплываць на аутоіммунные захворванні, дыябет, рак, сардэчна-сасудзістыя захворванні, хваробы Паркінсана, Альцгеймера, рассеяны склероз і нават дэпрэсію. Аднак баланс гэтай далікатнай экасістэмы можа быць парушаны рознымі фактарамі, такімі як дыета і антыбіётыкі, што абцяжарвае яго аднаўленне. 

Некалькі даследчыкаў вывучаюць генетычна мадыфікаваныя мікрабіёмы, каб павялічыць іх шанцы на выжыванне і адаптацыю. Напрыклад, навукоўцы з Тэхаскага ўніверсітэта A&M выкарысталі сімбіятычныя адносіны бактэрыі E. coli і круглага чарвяка для генетычнай інжынерыі мікрабіёма чарвяка ў 2021 г. Яны заўважылі, што калі гены, якія падаўляюць флуарэсцэнцыю, былі ўстаўлены ў плазміду E. coli, чарвякі, якія яго з'елі, перасталі праяўляць флуарэсцэнцыю. У тым жа годзе навукоўцы з Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Сан-Францыска паспяхова загрузілі вірусы, якія паляваюць на бактэрыі, з дапамогай сістэмы рэдагавання генаў CRISPR, каб выдаліць храмасомы ўнутры кішачнай палачкі.

Яшчэ ў 2018 годзе даследчыкі Гарвардскай медыцынскай школы працавалі над тым, каб прымусіць бактэрыі ўзаемадзейнічаць, каб каардынаваць і кантраляваць іх у гармоніі. Яны прадставілі генетычныя ланцугі сігналізатара і адказчыка для вызвалення і выяўлення складанага кворуму ў двух тыпах бактэрый. Калі мышэй кармілі гэтымі бактэрыямі, у кішачніку ўсіх мышэй з'явіліся прыкметы перадачы сігналу, што пацвярджае паспяховую сувязь бактэрый. Мэтай па-ранейшаму застаецца стварэнне сінтэтычнага мікрабіёма са сканструяванымі бактэрыямі ў кішачніку чалавека, якія эфектыўна ўзаемадзейнічаюць паміж сабой, выконваючы свае функцыі. 

Разбуральнае ўздзеянне 

Вывучэнне патэнцыялу выкарыстання метадаў рэдагавання генаў для маніпулявання мікрабіёмам кішачніка можа ліквідаваць дысбаланс, які спрыяе разнастайным праблемам са здароўем. Напрыклад, дадатковыя даследаванні могуць выявіць дастаўку тэрапеўтычных сродкаў для выпраўлення бактэрыяльнага дысбалансу ў складаным кішачніку чалавека. Шляхам геннай інжынерыі бактэрый, якія, як вядома, карысныя для здароўя кішачніка, навукоўцы могуць стварыць новыя метады лячэння розных захворванняў, звязаных з кішачнікам, уключаючы запаленчыя захворванні кішачніка, сіндром раздражнёнага кішачніка і нават атлусценне. Гэта таксама дазваляе выкарыстоўваць новыя метады лячэння дыябету з-за гарманальнага дысбалансу. 

Адной з прычын таго, што бактэрыі лягчэй генетычна маніпуляваць, з'яўляецца склад іх ДНК. Гэтыя малюсенькія арганізмы маюць фрагменты ДНК, якія называюцца плазмідамі, у дадатак да асноўных элементаў ДНК, якія называюцца храмасомамі. Плазміды могуць рабіць копіі саміх сябе і мець менш генаў, чым храмасомы, што палягчае іх змяненне з дапамогай генетычных інструментаў. У прыватнасці, фрагменты ДНК з іншых арганізмаў можна змясціць у плазміды бактэрый.

Калі плазміды робяць копіі саміх сябе, яны таксама робяць копіі дададзеных генаў, якія называюцца трансгенамі. Напрыклад, калі чалавечы ген для вытворчасці інсуліну дадаецца да плазміды, калі бактэрыя стварае копіі плазміды, яна таксама стварае больш копій гена інсуліну. Калі гэтыя гены выкарыстоўваюцца, ён вырабляе больш інсуліну. Аднак навукоўцы сыходзяцца ў меркаванні, што да такой магчымасці яшчэ далёка з-за высокай складанасці мікрабіёмаў. Тым не менш, сучасныя даследаванні таксама могуць мець некалькі прымянення для барацьбы з шкоднікамі, павышэння росту раслін і дыягностыкі ветэрынарных захворванняў. 

Наступствы генна-інжынерных мікрабіёмаў

Больш шырокія наступствы паспяховай геннай інжынерыі мікрабіёма ў розных асяроддзях могуць уключаць:

• Павелічэнне даследаванняў інструментаў для рэдагавання генаў, такіх як CRISPR.
• Адкрыццё новых магчымасцей для вытворчасці біяпаліва, прадуктаў харчавання і іншых прадуктаў шляхам стварэння новых штамаў бактэрый, якія лепш падыходзяць для канкрэтных задач.
• Зніжэнне выкарыстання антыбіётыкаў, накіраваных на бактэрыі без разбору. 
• Павышаная цікавасць да персаналізаванай медыцыны і дыягностыкі, калі лячэнне наладжваецца на аснове мікрабіёма кішачніка чалавека.
• Патэнцыйныя рызыкі пры размнажэнні бактэрый, якія могуць павялічыць узнікненне іншых захворванняў.

Пытанні для разгляду

• Улічваючы складанасць мікрабіёма кішачніка чалавека, як вы думаеце, ці магчымая яго поўная генная інжынерыя ў бліжэйшы час?
• Як вы прагназуеце, наколькі дарагім будзе шырокае прымяненне такіх працэсаў?