Genetiškai modifikuotas mikrobiomas: modifikuoja bakterijas sveikatai

• Autorius:
• autoriaus vardas

  Quantumrun Foresight
• Kovo 8, 2023

Mikrobiomą sudaro tam tikroje aplinkoje esantys mikroorganizmai. Genetiškai modifikuojant mikrobiomą būtų galima nuslopinti arba parodyti tam tikrus bruožus ir teikti terapines priemones, ieškant įvairių praktinių pritaikymų žemės ūkio, sveikatos ir gerovės sektoriuose.

Genetiškai modifikuotų mikrobiomų kontekstas

Žarnyno mikrobiomas, mikroorganizmų bendruomenė žmogaus žarnyne, vaidina svarbų vaidmenį sveikatai. Naujausi tyrimai parodė, kad žarnyno mikrobiomas gali paveikti autoimunines ligas, diabetą, vėžį, širdies ir kraujagyslių ligas, Parkinsono, Alzheimerio, išsėtinę sklerozę ir net depresiją. Tačiau šios gležnos ekosistemos pusiausvyrą gali sutrikdyti įvairūs veiksniai, tokie kaip dieta ir antibiotikai, todėl ją sunku atkurti. 

Keletas mokslininkų tiria genetiškai modifikuojamus mikrobiomus, kad padidintų jų išgyvenimo ir prisitaikymo galimybes. Pavyzdžiui, Teksaso A&M universiteto mokslininkai panaudojo simbiotinį bakterijos E. coli ir apvaliosios kirmėlės ryšį, kad 2021 m. genetiškai modifikuotų kirmino mikrobiomą. Jie pastebėjo, kad kai į E. coli plazmidę buvo įterpti fluorescenciją slopinantys genai, jį vartoję kirminai nustos fluorescencuoti. Tais pačiais metais Kalifornijos universiteto San Francisko mokslininkai sėkmingai įkėlė bakterijas medžiojančius virusus su CRISPR genų redagavimo sistema, kad pašalintų E. coli chromosomas.

Dar 2018 m. Harvardo medicinos mokyklos mokslininkai siekė, kad bakterijos bendrautų, kad jas koordinuotų ir kontroliuotų. Jie įdiegė signalizatoriaus ir atsako genetines grandines, kad išlaisvintų ir aptiktų dviejų tipų bakterijų sudėtinį kvorumą. Kai pelės buvo šeriamos šiomis bakterijomis, visų pelių žarnose buvo signalo perdavimo požymiai, patvirtinantys sėkmingą bakterijų bendravimą. Išlieka tikslas sukurti sintetinį mikrobiomą su žmogaus žarnyne sukurtomis bakterijomis, kurios efektyviai bendrautų tarpusavyje atlikdamos savo funkcijas. 

Trikdantis poveikis 

Ištyrus genų redagavimo metodų, skirtų manipuliuoti žarnyno mikrobiomą, potencialą, galima išspręsti disbalansą, prisidedantį prie įvairių sveikatos problemų. Pavyzdžiui, daugiau tyrimų gali atrasti terapinių priemonių, skirtų ištaisyti bakterijų disbalansą sudėtingame žmogaus žarnyne. Genetiškai modifikuodami bakterijas, kurios yra naudingos žarnyno sveikatai, mokslininkai gali sukurti naujus įvairių su žarnynu susijusių sutrikimų, įskaitant uždegiminę žarnyno ligą, dirgliosios žarnos sindromą ir net nutukimą, gydymo būdus. Tai taip pat leidžia taikyti naujesnius diabeto gydymo metodus dėl hormonų disbalanso. 

Viena iš priežasčių, kodėl bakterijas lengviau genetiškai manipuliuoti, yra dėl jų DNR sudėties. Šie maži organizmai, be pagrindinių DNR elementų, vadinamų chromosomomis, turi DNR gabalėlių, vadinamų plazmidėmis. Plazmidės gali pasidaryti savo kopijas ir turėti mažiau genų nei chromosomos, todėl jas lengviau pakeisti genetiniais įrankiais. Tiksliau, kitų organizmų DNR dalys gali būti dedamos į bakterijų plazmides.

Kai plazmidės daro savo pačių kopijas, jos taip pat daro pridėtų genų, vadinamų transgenais, kopijas. Pavyzdžiui, jei į plazmidę pridedamas žmogaus genas insulinui gaminti, nes bakterijos daro plazmidės kopijas, ji taip pat sukuria daugiau insulino geno kopijų. Kai naudojami šie genai, jis gamina daugiau insulino. Tačiau mokslininkai sutinka, kad ši galimybė dar toli dėl didelio mikrobiomų sudėtingumo. Nepaisant to, dabartiniai tyrimai taip pat gali būti pritaikyti kovojant su kenkėjais, gerinant augalų augimą ir diagnozuojant veterinarines ligas. 

Genetiškai modifikuotų mikrobiomų pasekmės

Platesnės sėkmingos mikrobiomo genų inžinerijos pasekmės įvairiose aplinkose gali apimti:

• Padidinti genų redagavimo įrankių, tokių kaip CRISPR, tyrimai.
• Atsiveria naujų biokuro, maisto ir kitų produktų gamybos galimybių, sukuriant naujas bakterijų padermes, geriau tinkančias konkrečioms užduotims atlikti.
• Sumažėjęs antibiotikų, skirtų prieš bakterijas, naudojimas. 
• Padidėjęs susidomėjimas personalizuota medicina ir diagnostika, kai gydymas yra pritaikytas pagal žmogaus žarnyno mikrobiomą.
• Galimas bakterijų dauginimosi pavojus, galintis padidinti kitų ligų atsiradimą.

Klausimai, kuriuos reikia apsvarstyti

• Atsižvelgiant į žmogaus žarnyno mikrobiomo sudėtingumą, ar manote, kad netrukus bus įmanoma visiškai suplanuoti genų inžineriją?
• Kaip manote, kiek brangus bus plačiai paplitęs tokių procesų pritaikymas?