Geenimuunneltu mikrobiomi: Muokkaa bakteereja terveydelle

• Kirjoittaja:
• tekijän nimi

  Quantumrun Foresight
• Maaliskuussa 8, 2023

Mikrobiomi koostuu tietyssä ympäristössä olevista mikro-organismeista. Mikrobiomin geneettinen muuntaminen voisi auttaa tukahduttamaan tai osoittamaan tiettyjä piirteitä ja tarjoamaan terapeuttisia aineita, ja löytää erilaisia ​​käytännön sovelluksia maatalouden, terveydenhuollon ja hyvinvoinnin aloilla.

Geenimuunneltu mikrobiomikonteksti

Suoliston mikrobiomilla, ihmisen suolistossa olevien mikro-organismien yhteisöllä, on merkittävä rooli terveydelle. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että suoliston mikrobiomi voi vaikuttaa autoimmuunisairauksiin, diabetekseen, syöpään, sydän- ja verisuonisairauksiin, Parkinsonin tautiin, Alzheimerin tautiin, multippeliskleroosiin ja jopa masennukseen. Tämän herkän ekosysteemin tasapainoa voivat kuitenkin häiritä erilaiset tekijät, kuten ruokavalio ja antibiootit, mikä vaikeuttaa sen palauttamista. 

Useat tutkijat tutkivat geneettisesti muunnettavia mikrobiomeja parantaakseen heidän selviytymis- ja sopeutumiskykyään. Esimerkiksi Texas A&M -yliopiston tutkijat käyttivät bakteerin, E. colin ja sukkulamadon symbioottista suhdetta madon mikrobiomin geneettiseen muokkaamiseen vuonna 2021. He huomasivat, että kun fluoresenssia vaimentavia geenejä liitettiin E. colin plasmidiin, sitä syöneet madot lakkaisivat osoittamasta fluoresenssia. Samana vuonna Kalifornian yliopiston San Franciscon tutkijat ladasivat onnistuneesti bakteereja metsästäviä viruksia CRISPR-geeninmuokkausjärjestelmällä poistaakseen kromosomit E. colista.

Vuonna 2018 Harvard Medical Schoolin tutkijat työskentelivät saadakseen bakteerit kommunikoimaan koordinoidakseen ja kontrolloidakseen niitä harmoniassa. He ottivat käyttöön signaloijan ja vasteen geneettiset piirit vapauttamaan ja havaitsemaan yhdistekoorumin kahden tyyppisissä bakteereissa. Kun hiirille syötettiin näitä bakteereja, kaikkien hiirten suolet osoittivat signaalinsiirron merkkejä, mikä vahvisti bakteerien onnistuneen viestinnän. Tavoitteena on edelleen luoda synteettinen mikrobiomi, jossa on ihmisen suolistossa muokattuja bakteereja, jotka kommunikoivat tehokkaasti keskenään tehdessään tehtäviä. 

Häiritsevä vaikutus 

Geenien muokkaustekniikoiden käytön mahdollisuuksien tutkiminen suoliston mikrobiomin manipuloimiseksi voi korjata epätasapainoa, joka vaikuttaa erilaisiin terveysongelmiin. Lisätutkimukset voivat esimerkiksi löytää terapeuttisia aineita, jotka korjaavat bakteerien epätasapainoa ihmisen monimutkaisessa suolistossa. Muokkaamalla geeniteknisesti suoliston terveydelle hyödyllisiä bakteereja tutkijat voivat luoda uusia hoitoja erilaisiin suoliston sairauksiin, mukaan lukien tulehduksellinen suolistosairaus, ärtyvän suolen oireyhtymä ja jopa liikalihavuus. Se mahdollistaa myös uudemmat hoitomenetelmät diabetekseen hormonaalisen epätasapainon vuoksi. 

Yksi syy siihen, miksi bakteerit ovat helpompia geneettisesti manipuloitavissa, johtuu niiden DNA-koostumuksesta. Näissä pienissä organismeissa on DNA:n palasia, joita kutsutaan plasmideiksi, DNA:n pääelementtien, joita kutsutaan kromosomeiksi, lisäksi. Plasmidit voivat tehdä kopioita itsestään ja niillä on vähemmän geenejä kuin kromosomeissa, mikä tekee niistä helpompia muuttaa geneettisillä työkaluilla. Tarkemmin sanottuna muiden organismien DNA:n paloja voidaan laittaa bakteeriplasmideihin.

Kun plasmidit tekevät kopioita itsestään, ne tekevät kopioita myös lisätyistä geeneistä, joita kutsutaan siirtogeeneiksi. Esimerkiksi, jos plasmidiin lisätään insuliinia valmistava ihmisen geeni, kun bakteerit tekevät kopioita plasmidista, se myös luo lisää kopioita insuliinigeenistä. Kun näitä geenejä käytetään, se tuottaa enemmän insuliinia. Tiedemiehet ovat kuitenkin yhtä mieltä siitä, että tämä mahdollisuus on vielä kaukana mikrobiomien monimutkaisuuden vuoksi. Nykyisillä tutkimuksilla voi kuitenkin olla myös useita sovelluksia tuholaisten torjunnassa, kasvien kasvun tehostamisessa ja eläintautien diagnosoinnissa. 

Geenimuunneltujen mikrobiomien vaikutukset

Mikrobiomin onnistuneen geenitekniikan laajempia vaikutuksia useissa ympäristöissä voivat olla:

• Lisääntynyt tutkimus geeninmuokkaustyökaluissa, kuten CRISPR.
• Avaa uusia mahdollisuuksia biopolttoaineiden, elintarvikkeiden ja muiden tuotteiden valmistukseen luomalla uusia bakteerikantoja, jotka sopivat paremmin tiettyihin tehtäviin.
• Vähentynyt antibioottien käyttö, jotka kohdistuvat umpimähkäisesti bakteereihin. 
• Lisääntynyt kiinnostus yksilölliseen lääketieteeseen ja diagnoosiin, jossa hoidot räätälöidään henkilön suoliston mikrobiomin perusteella.
• Mahdolliset riskit bakteerien lisääntymisessä, jotka voivat lisätä muiden sairauksien esiintymistä.

Pohdittavia kysymyksiä

• Kun otetaan huomioon ihmisen suolen mikrobiomin monimutkaisuus, luuletko sen täydellisen geenitekniikan olevan mahdollista pian?
• Kuinka kalliiksi arvioitte tällaisten prosessien laajalle levinneen sovellusten olevan?