Mikrobiom kejuruteraan genetik: Mengubah suai bakteria untuk kesihatan

• Pengarang
• Nama pengarang

  Quantumrun Foresight
• Mac 8, 2023

Mikrobiom terdiri daripada mikroorganisma dalam persekitaran tertentu. Mengubah suai mikrobiom secara genetik boleh membantu menyekat atau mempamerkan ciri-ciri tertentu dan menyampaikan terapeutik, mencari pelbagai aplikasi praktikal dalam sektor pertanian, kesihatan dan kesejahteraan.

Konteks mikrobiom kejuruteraan genetik

Mikrobiom usus, komuniti mikroorganisma dalam usus manusia, memainkan peranan penting dalam kesihatan. Penyelidikan terkini telah menunjukkan bahawa mikrobiom usus boleh menjejaskan penyakit autoimun, diabetes, kanser, penyakit kardiovaskular, Parkinson, Alzheimer, multiple sclerosis, dan juga kemurungan. Walau bagaimanapun, keseimbangan ekosistem yang halus ini boleh diganggu oleh pelbagai faktor seperti pemakanan dan antibiotik, menjadikannya sukar untuk dipulihkan. 

Beberapa penyelidik sedang mengkaji mikrobiom yang mengubah suai genetik untuk meningkatkan peluang mereka untuk hidup dan menyesuaikan diri. Sebagai contoh, saintis di Texas A&M University menggunakan hubungan simbiotik bakteria, E. coli, dan cacing bulat untuk merekayasa genetik mikrobiom cacing itu pada tahun 2021. Mereka menyedari bahawa apabila gen penindas pendarfluor dimasukkan ke dalam plasmid E. coli, cacing yang memakannya akan berhenti mempamerkan pendarfluor. Pada tahun yang sama, saintis di University of California San Francisco berjaya memuatkan virus pemburu bakteria dengan sistem penyuntingan gen CRISPR untuk memadamkan kromosom dalam E. coli.

Kembali pada tahun 2018, penyelidik di Sekolah Perubatan Harvard berusaha untuk membuat bakteria berkomunikasi untuk menyelaras dan mengawalnya secara harmoni. Mereka memperkenalkan litar genetik pemberi isyarat dan responder untuk melepaskan dan mengesan kuorum sebatian kepada dua jenis bakteria. Apabila tikus diberi makan bakteria ini, keberanian semua tikus menunjukkan tanda-tanda penghantaran isyarat, mengesahkan komunikasi bakteria yang berjaya. Matlamatnya kekal untuk mencipta mikrobiom sintetik dengan bakteria kejuruteraan dalam usus manusia yang cekap untuk berkomunikasi sesama mereka semasa melaksanakan fungsi mereka. 

Kesan yang mengganggu 

Meneroka potensi menggunakan teknik penyuntingan gen untuk memanipulasi mikrobiom usus boleh menangani ketidakseimbangan yang menyumbang kepada pelbagai isu kesihatan. Sebagai contoh, lebih banyak penyelidikan boleh menemui penyampaian terapeutik untuk membetulkan ketidakseimbangan bakteria dalam usus manusia yang kompleks. Dengan bakteria kejuruteraan genetik yang diketahui bermanfaat untuk kesihatan usus, saintis boleh mencipta rawatan baharu untuk pelbagai gangguan berkaitan usus, termasuk penyakit radang usus, sindrom usus merengsa, dan juga obesiti. Ia juga membolehkan kaedah rawatan yang lebih baru untuk diabetes akibat ketidakseimbangan hormon. 

Satu sebab mengapa bakteria lebih mudah untuk dimanipulasi secara genetik adalah kerana komposisi DNAnya. Organisma kecil ini mempunyai kepingan DNA yang dipanggil plasmid sebagai tambahan kepada unsur utama DNA yang dipanggil kromosom. Plasmid boleh membuat salinan diri mereka sendiri dan mempunyai gen yang lebih sedikit daripada kromosom, menjadikannya lebih mudah untuk diubah dengan alat genetik. Secara khusus, kepingan DNA daripada organisma lain boleh dimasukkan ke dalam plasmid bakteria.

Apabila plasmid membuat salinan diri mereka sendiri, mereka juga membuat salinan gen tambahan, dipanggil transgen. Sebagai contoh, jika gen manusia untuk membuat insulin ditambah kepada plasmid, kerana bakteria membuat salinan plasmid, ia juga mencipta lebih banyak salinan gen insulin. Apabila gen ini digunakan, ia menghasilkan lebih banyak insulin. Walau bagaimanapun, saintis bersetuju bahawa kemungkinan ini masih jauh kerana kerumitan mikrobiom yang tinggi. Walau bagaimanapun, kajian semasa juga boleh mempunyai beberapa aplikasi dalam kawalan perosak, meningkatkan pertumbuhan tumbuhan, dan mendiagnosis penyakit veterinar. 

Implikasi mikrobiom kejuruteraan genetik

Implikasi yang lebih luas dari kejayaan kejuruteraan genetik mikrobiom dalam pelbagai persekitaran mungkin termasuk:

• Peningkatan penyelidikan dalam alat penyuntingan gen, seperti CRISPR.
• Membuka kemungkinan baharu untuk menghasilkan biofuel, makanan dan produk lain dengan mencipta strain baharu bakteria yang lebih sesuai untuk tugas tertentu.
• Mengurangkan penggunaan antibiotik yang menyasarkan bakteria secara sembarangan. 
• Minat yang meningkat dalam perubatan dan diagnosis yang diperibadikan, di mana rawatan disesuaikan berdasarkan mikrobiom usus seseorang.
• Potensi risiko dalam pembiakan bakteria yang boleh meningkatkan kejadian penyakit lain.

Soalan yang perlu dipertimbangkan

• Memandangkan kerumitan mikrobiom usus manusia, adakah anda fikir kejuruteraan genetiknya yang lengkap boleh dilakukan tidak lama lagi?
• Seberapa mahal anda meramalkan penggunaan meluas proses sedemikian?