Geneticky upravený mikrobiom: Úprava bakterií pro zdraví

• Autor:
• jméno autora

  Quantumrun Foresight
• 8. března 2023

Mikrobiom se skládá z mikroorganismů v určitém prostředí. Genetická modifikace mikrobiomu by mohla pomoci potlačit nebo projevit určité vlastnosti a poskytnout terapeutika, najít různé praktické aplikace v zemědělství, zdravotnictví a sektorech blahobytu.

Kontext genetického inženýrství mikrobiomu

Střevní mikrobiom, společenství mikroorganismů v lidském střevě, hraje významnou roli ve zdraví. Nedávný výzkum ukázal, že střevní mikrobiom může ovlivnit autoimunitní onemocnění, cukrovku, rakovinu, kardiovaskulární onemocnění, Parkinsonovu chorobu, Alzheimerovu chorobu, roztroušenou sklerózu a dokonce i depresi. Rovnováha tohoto křehkého ekosystému však může být narušena různými faktory, jako je strava a antibiotika, což ztěžuje obnovení. 

Několik výzkumníků se zabývá genetickou modifikací mikrobiomů, aby zvýšili své šance na přežití a adaptabilitu. Například vědci z Texas A&M University použili symbiotický vztah bakterie E. coli a škrkavky ke genetickému inženýrství mikrobiomu červa v roce 2021. Všimli si, že když byly do plazmidu E. coli vloženy geny potlačující fluorescenci, červi, kteří jej konzumovali, by přestali vykazovat fluorescenci. Ve stejném roce vědci z Kalifornské univerzity v San Franciscu úspěšně nahráli viry lovící bakterie pomocí systému pro úpravu genů CRISPR, aby odstranili chromozomy v E. coli.

V roce 2018 výzkumníci z Harvard Medical School pracovali na tom, aby bakterie komunikovaly, aby je koordinovaly a kontrolovaly v harmonii. Zavedli genetické obvody signalizátoru a odpovídače pro uvolnění a detekci složeného kvora do dvou typů bakterií. Když byly myši krmeny těmito bakteriemi, střeva všech myší vykazovala známky přenosu signálu, což potvrdilo úspěšnou komunikaci bakterií. Cílem zůstává vytvořit syntetický mikrobiom s umělými bakteriemi v lidském střevě, které jsou účinné při vzájemné komunikaci při plnění svých funkcí. 

Rušivý dopad 

Zkoumání potenciálu použití technik genové úpravy k manipulaci se střevním mikrobiomem může řešit nerovnováhu přispívající k různým zdravotním problémům. Větší výzkum může například objevit podávání terapeutik k nápravě bakteriální nerovnováhy v komplexním lidském střevě. Pomocí genetického inženýrství bakterií, o kterých je známo, že jsou prospěšné pro zdraví střev, mohou vědci vytvořit nové způsoby léčby různých poruch souvisejících se střevem, včetně zánětlivého onemocnění střev, syndromu dráždivého tračníku a dokonce i obezity. Umožňuje také novější metody léčby diabetu v důsledku hormonální nerovnováhy. 

Jedním z důvodů, proč jsou bakterie snadněji geneticky manipulovatelné, je jejich složení DNA. Tyto drobné organismy mají kromě hlavních prvků DNA zvaných chromozomy kousky DNA zvané plazmidy. Plazmidy mohou vytvářet své kopie a mají méně genů než chromozomy, což usnadňuje jejich změnu pomocí genetických nástrojů. Konkrétně mohou být kousky DNA z jiných organismů vloženy do bakteriálních plazmidů.

Když plazmidy vytvářejí své kopie, vytvářejí také kopie přidaných genů, nazývaných transgeny. Pokud je například do plazmidu přidán lidský gen pro tvorbu inzulínu, když bakterie vytváří kopie plazmidu, vytváří také více kopií genu pro inzulín. Když jsou tyto geny použity, produkuje více inzulínu. Vědci se však shodují, že tato možnost je vzhledem k vysoké složitosti mikrobiomů ještě daleko. Současné studie však mohou mít také několik aplikací při kontrole škůdců, podpoře růstu rostlin a diagnostice veterinárních chorob. 

Důsledky geneticky upravených mikrobiomů

Širší důsledky úspěšného genetického inženýrství mikrobiomu v různých prostředích mohou zahrnovat:

• Zvýšený výzkum nástrojů pro úpravu genů, jako je CRISPR.
• Otevření nových možností pro výrobu biopaliv, potravin a dalších produktů vytvořením nových kmenů bakterií, které se lépe hodí pro konkrétní úkoly.
• Snížené používání antibiotik, která se bez rozdílu zaměřují na bakterie. 
• Zvýšený zájem o personalizovanou medicínu a diagnostiku, kde je léčba přizpůsobena na základě střevního mikrobiomu člověka.
• Potenciální rizika v množení bakterií, která mohou zvýšit výskyt dalších onemocnění.

Otázky k zamyšlení

• Myslíte si, že vzhledem ke složitosti mikrobiomu lidského střeva bude brzy možné jeho kompletní genetické inženýrství?
• Jak nákladné předpokládáte, že bude rozšířené použití takových procesů?