Genetisch gemanipuleerd microbioom: bacteriën aanpassen voor de gezondheid

• Auteur:
• auteursnaam

  Quantumrun-prognose
• 8 maart 2023

Het microbioom bestaat uit micro-organismen in een bepaalde omgeving. Het genetisch modificeren van het microbioom kan helpen bepaalde eigenschappen te onderdrukken of te vertonen en therapieën te leveren, waarbij verschillende praktische toepassingen worden gevonden in de sectoren landbouw, gezondheid en welzijn.

Genetisch gemanipuleerde microbioomcontext

Het darmmicrobioom, de gemeenschap van micro-organismen in de menselijke darm, speelt een belangrijke rol in de gezondheid. Recent onderzoek heeft aangetoond dat het darmmicrobioom invloed kan hebben op auto-immuunziekten, diabetes, kanker, hart- en vaatziekten, Parkinson, Alzheimer, multiple sclerose en zelfs depressie. Het evenwicht van dit delicate ecosysteem kan echter worden verstoord door verschillende factoren, zoals voeding en antibiotica, waardoor het moeilijk te herstellen is. 

Verschillende onderzoekers onderzoeken het genetisch modificeren van microbiomen om hun overlevingskansen en aanpassingsvermogen te vergroten. Wetenschappers van de Texas A&M University gebruikten bijvoorbeeld de symbiotische relatie van een bacterie, E. coli, en een rondworm om het microbioom van de worm genetisch te manipuleren in 2021. Ze merkten op dat wanneer fluorescentie-onderdrukkende genen in het plasmide van E. coli werden ingebracht, de wormen die het consumeerden, vertoonden geen fluorescentie meer. In hetzelfde jaar laadden wetenschappers van de Universiteit van Californië in San Francisco met succes op bacteriën jagende virussen met het CRISPR-genbewerkingssysteem om chromosomen in E. coli te verwijderen.

In 2018 werkten onderzoekers van de Harvard Medical School om bacteriën te laten communiceren om ze in harmonie te coördineren en te beheersen. Ze introduceerden signaalgever- en respondergenetische circuits om een ​​samengesteld quorum in twee soorten bacteriën vrij te geven en te detecteren. Toen muizen deze bacteriën kregen, vertoonden de ingewanden van alle muizen tekenen van signaaloverdracht, wat de succesvolle communicatie van bacteriën bevestigde. Het doel blijft om een ​​synthetisch microbioom te creëren met gemanipuleerde bacteriën in de menselijke darm die efficiënt met elkaar kunnen communiceren terwijl ze hun functies uitvoeren. 

Disruptieve impact 

Onderzoek naar het potentieel van het gebruik van technieken voor het bewerken van genen om het darmmicrobioom te manipuleren, kan onevenwichtigheden aanpakken die bijdragen aan verschillende gezondheidsproblemen. Meer onderzoek kan bijvoorbeeld het leveren van therapieën ontdekken om bacteriële onevenwichtigheden in de complexe menselijke darm te corrigeren. Door bacteriën waarvan bekend is dat ze gunstig zijn voor de darmgezondheid genetisch te manipuleren, kunnen wetenschappers nieuwe behandelingen creëren voor verschillende darmgerelateerde aandoeningen, waaronder inflammatoire darmaandoeningen, prikkelbare darmsyndroom en zelfs obesitas. Het maakt ook nieuwere behandelingsmethoden voor diabetes mogelijk als gevolg van hormonale onevenwichtigheden. 

Een reden waarom bacteriën gemakkelijker genetisch te manipuleren zijn, is vanwege hun DNA-samenstelling. Deze kleine organismen hebben stukjes DNA die plasmiden worden genoemd, naast de belangrijkste elementen van DNA die chromosomen worden genoemd. Plasmiden kunnen kopieën van zichzelf maken en hebben minder genen dan chromosomen, waardoor ze gemakkelijker te veranderen zijn met genetische hulpmiddelen. Specifiek kunnen stukjes DNA van andere organismen in bacterieplasmiden worden gestopt.

Wanneer plasmiden kopieën van zichzelf maken, maken ze ook kopieën van de toegevoegde genen, transgenen genoemd. Als bijvoorbeeld een menselijk gen voor het maken van insuline wordt toegevoegd aan een plasmide, terwijl de bacterie kopieën van het plasmide maakt, creëert het ook meer kopieën van het insulinegen. Wanneer deze genen worden gebruikt, produceert het meer insuline. Wetenschappers zijn het er echter over eens dat deze mogelijkheid nog ver weg is vanwege de hoge complexiteit van microbiomen. Desalniettemin kunnen huidige onderzoeken ook verschillende toepassingen hebben bij ongediertebestrijding, het verbeteren van plantengroei en het diagnosticeren van veterinaire ziekten. 

Implicaties van genetisch gemanipuleerde microbiomen

De bredere implicaties van succesvolle genetische manipulatie van het microbioom in meerdere omgevingen kunnen zijn:

• Meer onderzoek naar hulpmiddelen voor het bewerken van genen, zoals CRISPR.
• Nieuwe mogelijkheden openen voor de productie van biobrandstoffen, voedsel en andere producten door nieuwe bacteriestammen te creëren die beter geschikt zijn voor specifieke taken.
• Verminderd gebruik van antibiotica die zich zonder onderscheid op bacteriën richten. 
• Toegenomen interesse in gepersonaliseerde geneeskunde en diagnose, waarbij behandelingen worden aangepast op basis van iemands darmmicrobioom.
• Potentiële risico's bij de proliferatie van bacteriën die het optreden van andere ziekten kunnen vergroten.

Vragen om te overwegen

• Denkt u, gezien de complexiteit van het microbioom van de menselijke darm, dat volledige genetische manipulatie binnenkort mogelijk is?
• Hoe kostbaar verwacht u dat de wijdverbreide toepassingen van dergelijke processen zullen zijn?