میکروبیوم مهندسی ژنتیک شده: اصلاح باکتری ها برای سلامتی

اعتبار تصویر:
تصویر های اعتباری
iStock

میکروبیوم مهندسی ژنتیک شده: اصلاح باکتری ها برای سلامتی

میکروبیوم مهندسی ژنتیک شده: اصلاح باکتری ها برای سلامتی

متن زیر عنوان
آزمایش‌هایی که جمعیت‌های مختلف باکتری را تغییر می‌دهند تا عملکردهای مورد نظر را انجام دهند، نتایج امیدوارکننده‌ای به دست می‌دهند.
    • نویسنده:
    • نام نویسنده
      آینده نگاری کوانتوم ران
    • مارس 8، 2023

    میکروبیوم از میکروارگانیسم هایی در یک محیط خاص تشکیل شده است. اصلاح ژنتیکی میکروبیوم می‌تواند به سرکوب یا نشان دادن ویژگی‌های خاص و ارائه درمان‌ها، یافتن کاربردهای عملی مختلف در بخش‌های کشاورزی، بهداشت و رفاه کمک کند.

    زمینه میکروبیوم مهندسی ژنتیک شده

    میکروبیوم روده، اجتماع میکروارگانیسم ها در روده انسان، نقش مهمی در سلامتی ایفا می کند. تحقیقات اخیر نشان داده است که میکروبیوم روده می تواند بر بیماری های خودایمنی، دیابت، سرطان، بیماری های قلبی عروقی، پارکینسون، آلزایمر، مولتیپل اسکلروزیس و حتی افسردگی تأثیر بگذارد. با این حال، تعادل این اکوسیستم ظریف می تواند توسط عوامل مختلفی مانند رژیم غذایی و آنتی بیوتیک ها به هم بخورد و بازیابی آن را دشوار کند. 

    چندین محقق به دنبال اصلاح ژنتیکی میکروبیوم ها برای افزایش شانس بقا و سازگاری آنها هستند. برای مثال، دانشمندان دانشگاه A&M تگزاس از رابطه همزیستی یک باکتری به نام E. coli و یک کرم گرد برای مهندسی ژنتیکی میکروبیوم کرم در سال 2021 استفاده کردند. کرم هایی که آن را مصرف می کردند، فلورسانس را متوقف می کردند. در همان سال، دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا سانفرانسیسکو با موفقیت ویروس‌های شکار باکتری را با سیستم ویرایش ژن CRISPR بارگذاری کردند تا کروموزوم‌های داخل E.coli را حذف کنند.

    در سال 2018، محققان دانشکده پزشکی هاروارد تلاش کردند تا باکتری‌ها را برای هماهنگی و کنترل هماهنگ با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. آنها مدارهای ژنتیکی سیگنال‌دهنده و پاسخ‌دهنده را برای آزادسازی و تشخیص حد نصاب ترکیب در دو نوع باکتری معرفی کردند. هنگامی که موش ها با این باکتری ها تغذیه شدند، روده همه موش ها نشانه هایی از انتقال سیگنال را نشان داد که ارتباط موفقیت آمیز باکتری ها را تایید می کرد. هدف همچنان ایجاد یک میکروبیوم مصنوعی با باکتری های مهندسی شده در روده انسان است که در برقراری ارتباط بین خود در حین انجام وظایف خود کارآمد باشد. 

    تاثیر مخرب 

    بررسی پتانسیل استفاده از تکنیک‌های ویرایش ژن برای دستکاری میکروبیوم روده می‌تواند عدم تعادلی را که به مسائل مختلف سلامتی کمک می‌کند، برطرف کند. به عنوان مثال، تحقیقات بیشتر می تواند ارائه درمانی برای اصلاح عدم تعادل باکتریایی در روده پیچیده انسان را کشف کند. دانشمندان می توانند با مهندسی ژنتیکی باکتری هایی که برای سلامت روده مفید هستند، درمان های جدیدی برای اختلالات مختلف مرتبط با روده، از جمله بیماری التهابی روده، سندرم روده تحریک پذیر و حتی چاقی ایجاد کنند. همچنین به دلیل عدم تعادل هورمونی، روش های درمانی جدیدتری را برای دیابت امکان پذیر می کند. 

    یکی از دلایلی که چرا باکتری ها از نظر ژنتیکی راحت تر دستکاری می شوند، به دلیل ترکیب DNA آنها است. این موجودات کوچک علاوه بر عناصر اصلی DNA به نام کروموزوم، دارای قطعاتی از DNA به نام پلاسمید هستند. پلاسمیدها می‌توانند از خود کپی بسازند و ژن‌های کمتری نسبت به کروموزوم‌ها داشته باشند که تغییر آنها را با ابزارهای ژنتیکی آسان‌تر می‌کند. به طور خاص، قطعات DNA موجودات دیگر را می توان در پلاسمیدهای باکتری قرار داد.

    وقتی پلاسمیدها از خود کپی می‌کنند، از ژن‌های اضافه شده نیز کپی می‌کنند که ترانس ژن نامیده می‌شود. به عنوان مثال، اگر یک ژن انسانی برای ساخت انسولین به پلاسمید اضافه شود، همانطور که باکتری از پلاسمید کپی می کند، کپی های بیشتری از ژن انسولین نیز ایجاد می کند. وقتی از این ژن ها استفاده می شود، انسولین بیشتری تولید می کند. با این حال، دانشمندان موافق هستند که به دلیل پیچیدگی بالای میکروبیوم‌ها، این احتمال هنوز فاصله زیادی دارد. با این وجود، مطالعات کنونی می‌توانند کاربردهای متعددی در کنترل آفات، افزایش رشد گیاهان و تشخیص بیماری‌های دامپزشکی داشته باشند. 

    پیامدهای میکروبیوم های دستکاری شده ژنتیکی

    پیامدهای گسترده تر مهندسی ژنتیک موفق میکروبیوم در محیط های مختلف ممکن است شامل موارد زیر باشد:

    • افزایش تحقیقات در ابزارهای ویرایش ژن، مانند CRISPR.
    • گشودن فرصت‌های جدیدی برای تولید سوخت‌های زیستی، مواد غذایی و سایر محصولات با ایجاد گونه‌های جدید باکتری که برای کارهای خاص مناسب‌تر هستند.
    • کاهش استفاده از آنتی بیوتیک هایی که باکتری ها را بی رویه هدف قرار می دهند. 
    • افزایش علاقه به پزشکی شخصی و تشخیص، که در آن درمان ها بر اساس میکروبیوم روده فرد سفارشی می شوند.
    • خطرات بالقوه در تکثیر باکتری ها که می تواند بروز بیماری های دیگر را افزایش دهد.

    سوالاتی که باید در نظر گرفته شود

    • با توجه به پیچیدگی میکروبیوم روده انسان، به نظر شما مهندسی ژنتیک کامل آن به زودی امکان پذیر است؟
    • پیش بینی می کنید کاربردهای گسترده چنین فرآیندهایی چقدر پرهزینه باشد؟