Γενετικά τροποποιημένο μικροβίωμα: Τροποποίηση βακτηρίων για την υγεία

• Συγγραφέας:
• όνομα συγγραφέα

  Quantumrun Foresight
• Μαρτίου 8, 2023

Το μικροβίωμα αποτελείται από μικροοργανισμούς σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον. Η γενετική τροποποίηση του μικροβιώματος θα μπορούσε να βοηθήσει στην καταστολή ή στην εμφάνιση ορισμένων χαρακτηριστικών και στην παροχή θεραπευτικών μεθόδων, βρίσκοντας διάφορες πρακτικές εφαρμογές στους τομείς της γεωργίας, της υγείας και της ευημερίας.

Γενετικά τροποποιημένο περιβάλλον μικροβιώματος

Το μικροβίωμα του εντέρου, η κοινότητα των μικροοργανισμών στο ανθρώπινο έντερο, παίζει σημαντικό ρόλο στην υγεία. Πρόσφατη έρευνα έδειξε ότι το μικροβίωμα του εντέρου μπορεί να επηρεάσει αυτοάνοσα νοσήματα, διαβήτη, καρκίνο, καρδιαγγειακές παθήσεις, Πάρκινσον, Αλτσχάιμερ, σκλήρυνση κατά πλάκας, ακόμη και κατάθλιψη. Ωστόσο, η ισορροπία αυτού του ευαίσθητου οικοσυστήματος μπορεί να διαταραχθεί από διάφορους παράγοντες όπως η διατροφή και τα αντιβιοτικά, καθιστώντας δύσκολη την αποκατάσταση. 

Αρκετοί ερευνητές εξετάζουν τη γενετική τροποποίηση μικροβιωμάτων για να αυξήσουν τις πιθανότητές τους για επιβίωση και προσαρμοστικότητα. Για παράδειγμα, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο A&M του Τέξας χρησιμοποίησαν τη συμβιωτική σχέση ενός βακτηρίου, του E. coli, και ενός στρογγυλού σκουληκιού για να κατασκευάσουν γενετικά το μικροβίωμα του σκουληκιού το 2021. Παρατήρησαν ότι όταν εισήχθησαν γονίδια που καταστέλλουν τον φθορισμό στο πλασμίδιο του E. coli, τα σκουλήκια που το κατανάλωναν θα σταματούσαν να παρουσιάζουν φθορισμό. Την ίδια χρονιά, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Φρανσίσκο φόρτωσαν επιτυχώς ιούς που κυνηγούν βακτήρια με το σύστημα επεξεργασίας γονιδίων CRISPR για να διαγράψουν τα χρωμοσώματα μέσα στο E. coli.

Το 2018, ερευνητές στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ εργάστηκαν για να κάνουν τα βακτήρια να επικοινωνούν για να τα συντονίζουν και να τα ελέγχουν αρμονικά. Εισήγαγαν γενετικά κυκλώματα σήμανσης και ανταπόκρισης για να απελευθερώσουν και να ανιχνεύσουν μια απαρτία ένωσης σε δύο τύπους βακτηρίων. Όταν τα ποντίκια τρέφονταν με αυτά τα βακτήρια, τα έντερα όλων των ποντικών εμφάνιζαν σημάδια μετάδοσης σήματος, επιβεβαιώνοντας την επιτυχή επικοινωνία των βακτηρίων. Ο στόχος παραμένει να δημιουργηθεί ένα συνθετικό μικροβίωμα με κατασκευασμένα βακτήρια στο ανθρώπινο έντερο που να είναι αποτελεσματικά στην επικοινωνία μεταξύ τους ενώ εκτελούν τις λειτουργίες τους. 

Αποδιοργανωτικός αντίκτυπος 

Η διερεύνηση της δυνατότητας χρήσης τεχνικών γονιδιακής επεξεργασίας για τον χειρισμό του μικροβιώματος του εντέρου μπορεί να αντιμετωπίσει ανισορροπίες που συμβάλλουν σε διάφορα ζητήματα υγείας. Για παράδειγμα, περισσότερες έρευνες μπορούν να ανακαλύψουν την παροχή θεραπευτικών ουσιών για τη διόρθωση βακτηριακών ανισορροπιών στο περίπλοκο ανθρώπινο έντερο. Με τη γενετική μηχανική των βακτηρίων που είναι γνωστό ότι είναι ωφέλιμα για την υγεία του εντέρου, οι επιστήμονες μπορούν να δημιουργήσουν νέες θεραπείες για διάφορες διαταραχές που σχετίζονται με το έντερο, όπως η φλεγμονώδης νόσος του εντέρου, το σύνδρομο ευερέθιστου εντέρου, ακόμη και η παχυσαρκία. Επιτρέπει επίσης νεότερες μεθόδους θεραπείας για τον διαβήτη λόγω ορμονικών ανισορροπιών. 

Ένας λόγος για τον οποίο τα βακτήρια χειραγωγούνται ευκολότερα γενετικά οφείλεται στη σύνθεση του DNA τους. Αυτοί οι μικροσκοπικοί οργανισμοί έχουν κομμάτια DNA που ονομάζονται πλασμίδια εκτός από τα κύρια στοιχεία του DNA που ονομάζονται χρωμοσώματα. Τα πλασμίδια μπορούν να δημιουργήσουν αντίγραφα του εαυτού τους και να έχουν λιγότερα γονίδια από τα χρωμοσώματα, γεγονός που καθιστά ευκολότερη την αλλαγή τους με γενετικά εργαλεία. Συγκεκριμένα, κομμάτια DNA από άλλους οργανισμούς μπορούν να τεθούν σε πλασμίδια βακτηρίων.

Όταν τα πλασμίδια δημιουργούν αντίγραφα του εαυτού τους, δημιουργούν επίσης αντίγραφα των προστιθέμενων γονιδίων, που ονομάζονται διαγονίδια. Για παράδειγμα, εάν ένα ανθρώπινο γονίδιο για την παραγωγή ινσουλίνης προστεθεί σε ένα πλασμίδιο, καθώς τα βακτήρια δημιουργούν αντίγραφα του πλασμιδίου, δημιουργεί επίσης περισσότερα αντίγραφα του γονιδίου της ινσουλίνης. Όταν χρησιμοποιούνται αυτά τα γονίδια, παράγει περισσότερη ινσουλίνη. Ωστόσο, οι επιστήμονες συμφωνούν ότι αυτή η πιθανότητα είναι ακόμη πολύ μακριά λόγω της υψηλής πολυπλοκότητας των μικροβιωμάτων. Ωστόσο, οι τρέχουσες μελέτες μπορούν επίσης να έχουν πολλές εφαρμογές στον έλεγχο των παρασίτων, στην ενίσχυση της ανάπτυξης των φυτών και στη διάγνωση κτηνιατρικών ασθενειών. 

Συνέπειες των γενετικά τροποποιημένων μικροβιωμάτων

Οι ευρύτερες επιπτώσεις της επιτυχημένης γενετικής μηχανικής του μικροβιώματος σε πολλαπλά περιβάλλοντα μπορεί να περιλαμβάνουν:

• Αυξημένη έρευνα σε εργαλεία γονιδιακής επεξεργασίας, όπως το CRISPR.
• Ανοίγοντας νέες δυνατότητες για την παραγωγή βιοκαυσίμων, τροφίμων και άλλων προϊόντων με τη δημιουργία νέων στελεχών βακτηρίων που είναι καλύτερα κατάλληλα για συγκεκριμένες εργασίες.
• Μειωμένη χρήση αντιβιοτικών που στοχεύουν τα βακτήρια αδιακρίτως. 
• Αυξημένο ενδιαφέρον για την εξατομικευμένη ιατρική και διάγνωση, όπου οι θεραπείες προσαρμόζονται με βάση το μικροβίωμα του εντέρου ενός ατόμου.
• Πιθανοί κίνδυνοι στον πολλαπλασιασμό βακτηρίων που μπορεί να αυξήσουν την εμφάνιση άλλων ασθενειών.

Ερωτήσεις προς εξέταση

• Δεδομένης της πολυπλοκότητας του μικροβιώματος του ανθρώπινου εντέρου, πιστεύετε ότι η πλήρης γενετική του μηχανική είναι δυνατή σύντομα;
• Πόσο δαπανηρές προβλέπετε ότι θα είναι οι ευρέως διαδεδομένες εφαρμογές τέτοιων διαδικασιών;