გენეტიკურად შემუშავებული მიკრობიომი: ბაქტერიების მოდიფიკაცია ჯანმრთელობისთვის

სურათის კრედიტი:
გამოსახულება საკრედიტო
iStock

გენეტიკურად შემუშავებული მიკრობიომი: ბაქტერიების მოდიფიკაცია ჯანმრთელობისთვის

გენეტიკურად შემუშავებული მიკრობიომი: ბაქტერიების მოდიფიკაცია ჯანმრთელობისთვის

ქვესათაური ტექსტი
ექსპერიმენტები, რომლებიც ცვლის სხვადასხვა ბაქტერიების პოპულაციას სასურველი ფუნქციების შესასრულებლად, იძლევა პერსპექტიულ შედეგებს.
    • ავტორი:
    • ავტორის სახელი
      Quantumrun Foresight
    • მარტი 8, 2023

    მიკრობიომი შედგება მიკროორგანიზმებისგან კონკრეტულ გარემოში. მიკრობიომის გენმოდიფიცირებამ შეიძლება ხელი შეუწყოს გარკვეული თვისებების დათრგუნვას ან გამოვლენას და თერაპიული საშუალებების მიწოდებას, სხვადასხვა პრაქტიკულ გამოყენებას სოფლის მეურნეობის, ჯანმრთელობისა და კეთილდღეობის სექტორებში.

    გენეტიკურად ინჟინერირებული მიკრობიომის კონტექსტი

    ნაწლავის მიკრობიომი, მიკროორგანიზმების ერთობლიობა ადამიანის ნაწლავში, მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ჯანმრთელობაში. ბოლოდროინდელმა კვლევებმა აჩვენა, რომ ნაწლავის მიკრობიომს შეუძლია გავლენა მოახდინოს აუტოიმუნურ დაავადებებზე, დიაბეტზე, კიბოზე, გულ-სისხლძარღვთა დაავადებებზე, პარკინსონზე, ალცჰეიმერის დაავადებაზე, გაფანტულ სკლეროზზე და დეპრესიაზეც კი. თუმცა, ამ დელიკატური ეკოსისტემის ბალანსი შეიძლება დაირღვეს სხვადასხვა ფაქტორებმა, როგორიცაა დიეტა და ანტიბიოტიკები, რაც ართულებს აღდგენას. 

    რამდენიმე მკვლევარი ეძებს მიკრობიომების გენმოდიფიცირებას, რათა გაზარდოს მათი გადარჩენისა და ადაპტაციის შანსები. მაგალითად, ტეხასის A&M უნივერსიტეტის მეცნიერებმა გამოიყენეს ბაქტერიის, E. coli, და მრგვალი ჭიის სიმბიოზური ურთიერთობა ჭიის მიკრობიომის გენეტიკური ინჟინერიისთვის 2021 წელს. მათ შენიშნეს, რომ როდესაც ფლუორესცენციის დამთრგუნველი გენები შეიყვანეს E. coli-ს პლაზმიდში, ჭიები, რომლებიც მას მოიხმარდნენ, შეწყვეტდნენ ფლუორესცენციის გამოვლენას. იმავე წელს, სან-ფრანცისკოს კალიფორნიის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა წარმატებით ჩატვირთეს ბაქტერიებზე მონადირე ვირუსები CRISPR გენის რედაქტირების სისტემით E. coli-ში ქრომოსომების წასაშლელად.

    ჯერ კიდევ 2018 წელს, ჰარვარდის სამედიცინო სკოლის მკვლევარებმა იმუშავეს ბაქტერიების კომუნიკაციაზე, რათა კოორდინაცია და კონტროლი შეექმნათ მათ ჰარმონიაში. მათ შემოიღეს სიგნალის და რეაგირების გენეტიკური სქემები, რათა გამოეჩინათ ნაერთის კვორუმი ორი ტიპის ბაქტერიაში. როდესაც თაგვები იკვებებოდნენ ამ ბაქტერიებით, ყველა თაგვის ნაწლავები აჩვენებდნენ სიგნალის გადაცემის ნიშნებს, რაც ადასტურებდა ბაქტერიების წარმატებულ კომუნიკაციას. მიზანი რჩება სინთეზური მიკრობიომის შექმნა ადამიანის ნაწლავში ინჟინერიული ბაქტერიებით, რომლებიც ეფექტურია ერთმანეთთან ურთიერთობისას მათი ფუნქციების შესრულებისას. 

    დამრღვევი გავლენა 

    ნაწლავის მიკრობიომის მანიპულირებისთვის გენის რედაქტირების ტექნიკის გამოყენების პოტენციალის შესწავლამ შეიძლება მოაგვაროს დისბალანსი, რომელიც ხელს უწყობს ჯანმრთელობის სხვადასხვა საკითხს. მაგალითად, უფრო მეტმა კვლევამ შეიძლება აღმოაჩინოს თერაპიული საშუალებები, რათა გამოსწორდეს ბაქტერიული დისბალანსი ადამიანის რთულ ნაწლავში. გენეტიკური ინჟინერიით ცნობილი ნაწლავების ჯანმრთელობისთვის სასარგებლო ბაქტერიებით, მეცნიერებს შეუძლიათ შექმნან ახალი მკურნალობა ნაწლავებთან დაკავშირებული სხვადასხვა დარღვევებისთვის, მათ შორის ნაწლავის ანთებითი დაავადების, გაღიზიანებული ნაწლავის სინდრომისა და სიმსუქნის ჩათვლით. ის ასევე იძლევა დიაბეტის მკურნალობის უახლეს მეთოდებს ჰორმონალური დისბალანსის გამო. 

    ერთი მიზეზი, რის გამოც ბაქტერიები უფრო ადვილია გენეტიკურად მანიპულირება, არის მათი დნმ-ის შემადგენლობა. ამ პაწაწინა ორგანიზმებს აქვთ დნმ-ის ნაწილაკები, რომლებსაც პლაზმიდები ეწოდება, გარდა დნმ-ის ძირითადი ელემენტებისა, რომელსაც ქრომოსომა ეწოდება. პლაზმიდებს შეუძლიათ საკუთარი თავის ასლების გაკეთება და ქრომოსომებთან შედარებით ნაკლები გენები, რაც აადვილებს მათ შეცვლას გენეტიკური საშუალებებით. კერძოდ, სხვა ორგანიზმების დნმ-ის ნაჭრები შეიძლება მოთავსდეს ბაქტერიების პლაზმიდებში.

    როდესაც პლაზმიდები ქმნიან საკუთარი თავის ასლებს, ისინი ასევე ქმნიან დამატებული გენების ასლებს, რომლებსაც ტრანსგენები ეწოდება. მაგალითად, თუ პლაზმიდს ემატება ადამიანის გენი ინსულინის შესაქმნელად, რადგან ბაქტერიები ქმნიან პლაზმიდის ასლებს, ის ასევე ქმნის ინსულინის გენის მეტ ასლს. როდესაც ეს გენები გამოიყენება, ის უფრო მეტ ინსულინს გამოიმუშავებს. თუმცა, მეცნიერები თანხმდებიან, რომ ეს შესაძლებლობა ჯერ კიდევ შორს არის მიკრობიომების მაღალი სირთულის გამო. მიუხედავად ამისა, მიმდინარე კვლევებს ასევე შეიძლება ჰქონდეს რამდენიმე გამოყენება მავნებლების კონტროლში, მცენარეთა ზრდის გაძლიერებაში და ვეტერინარული დაავადებების დიაგნოსტირებაში. 

    გენეტიკურად ინჟინერირებული მიკრობიომების შედეგები

    მიკრობიომის წარმატებული გენეტიკური ინჟინერიის უფრო ფართო შედეგები მრავალ გარემოში შეიძლება შეიცავდეს:

    • გაზრდილი კვლევა გენის რედაქტირების ინსტრუმენტებში, როგორიცაა CRISPR.
    • ბიოსაწვავის, საკვების და სხვა პროდუქტების წარმოებისთვის ახალი შესაძლებლობების გახსნა ბაქტერიების ახალი შტამების შექმნით, რომლებიც უკეთესად შეეფერება კონკრეტულ ამოცანებს.
    • შემცირდა ანტიბიოტიკების გამოყენება, რომლებიც მიზნად ისახავს ბაქტერიებს განურჩევლად. 
    • გაიზარდა ინტერესი პერსონალიზებული მედიცინისა და დიაგნოზის მიმართ, სადაც მკურნალობა მორგებულია ადამიანის ნაწლავის მიკრობიომზე.
    • პოტენციური რისკები ბაქტერიების გამრავლებაში, რამაც შეიძლება გაზარდოს სხვა დაავადებების გაჩენა.

    კითხვები გასათვალისწინებელია

    • ადამიანის ნაწლავის მიკრობიომის სირთულის გათვალისწინებით, როგორ ფიქრობთ, შესაძლებელია მისი სრული გენეტიკური ინჟინერია მალე?
    • რამდენად ძვირი პროგნოზირებთ ასეთი პროცესების ფართოდ გამოყენებას?