Genetisk konstruert mikrobiom: Modifisering av bakterier for helse

• Forfatter:
• forfatternavn

  Quantumrun Foresight
• Mars 8, 2023

Mikrobiomet består av mikroorganismer i et bestemt miljø. Genetisk modifisering av mikrobiomet kan bidra til å undertrykke eller vise visse egenskaper og levere terapeutiske midler, og finne ulike praktiske anvendelser innen landbruk, helse og velvære.

Genetisk konstruert mikrobiom kontekst

Tarmmikrobiomet, fellesskapet av mikroorganismer i menneskets tarm, spiller en betydelig rolle for helsen. Nyere forskning har vist at tarmmikrobiomet kan påvirke autoimmune sykdommer, diabetes, kreft, hjerte- og karsykdommer, Parkinsons, Alzheimers, multippel sklerose og til og med depresjon. Balansen i dette delikate økosystemet kan imidlertid forstyrres av ulike faktorer som kosthold og antibiotika, noe som gjør det vanskelig å gjenopprette. 

Flere forskere ser på genetisk modifiserende mikrobiomer for å øke sjansene for overlevelse og tilpasningsevne. For eksempel brukte forskere ved Texas A&M University det symbiotiske forholdet til en bakterie, E. coli, og en rundorm for å genetisk konstruere ormens mikrobiom i 2021. De la merke til at når fluorescens-undertrykkende gener ble satt inn i plasmidet til E. coli, ormene som konsumerte det ville slutte å vise fluorescens. Samme år lastet forskere ved University of California San Francisco bakteriejaktende virus med CRISPR-genredigeringssystemet for å slette kromosomer i E. coli.

Tilbake i 2018 jobbet forskere ved Harvard Medical School for å få bakterier til å kommunisere for å koordinere og kontrollere dem i harmoni. De introduserte signaler og responder genetiske kretser for å frigjøre og oppdage et sammensatt quorum i to typer bakterier. Når mus ble matet med disse bakteriene, viste tarmene til alle mus tegn på signaloverføring, noe som bekreftet vellykket kommunikasjon av bakterier. Målet er fortsatt å skape et syntetisk mikrobiom med konstruerte bakterier i menneskets tarm som er effektive til å kommunisere seg imellom mens de utfører sine funksjoner. 

Forstyrrende påvirkning 

Å utforske potensialet ved å bruke genredigeringsteknikker for å manipulere tarmmikrobiomet kan adressere ubalanser som bidrar til ulike helseproblemer. For eksempel kan mer forskning oppdage å levere terapi for å korrigere bakterielle ubalanser i den komplekse menneskelige tarmen. Ved å genmanipulere bakterier som er kjent for å være gunstige for tarmhelsen, kan forskere lage nye behandlinger for ulike tarmrelaterte lidelser, inkludert inflammatorisk tarmsykdom, irritabel tarmsyndrom og til og med fedme. Det åpner også for nyere behandlingsmetoder for diabetes på grunn av hormonelle ubalanser. 

En grunn til at bakterier er lettere å genetisk manipulere er på grunn av deres DNA-sammensetning. Disse bittesmå organismene har biter av DNA kalt plasmider i tillegg til hovedelementene i DNA kalt kromosomer. Plasmider kan lage kopier av seg selv og ha færre gener enn kromosomer, noe som gjør dem lettere å endre med genetiske verktøy. Spesielt kan biter av DNA fra andre organismer settes inn i bakterieplasmider.

Når plasmider lager kopier av seg selv, lager de også kopier av de tilførte genene, kalt transgener. For eksempel, hvis et menneskelig gen for å lage insulin legges til et plasmid, ettersom bakteriene lager kopier av plasmidet, skaper det også flere kopier av insulingenet. Når disse genene brukes, produserer det mer insulin. Forskere er imidlertid enige om at denne muligheten fortsatt er langt unna på grunn av den høye kompleksiteten til mikrobiomer. Ikke desto mindre kan nåværende studier også ha flere anvendelser innen skadedyrbekjempelse, forbedre plantevekst og diagnostisere veterinære sykdommer. 

Implikasjoner av genetisk konstruerte mikrobiomer

De bredere implikasjonene av vellykket genteknologi av mikrobiomet i flere miljøer kan omfatte:

• Økt forskning innen genredigeringsverktøy, som CRISPR.
• Åpne nye muligheter for å produsere biodrivstoff, mat og andre produkter ved å skape nye bakteriestammer som er bedre egnet for spesifikke oppgaver.
• Redusert bruk av antibiotika som retter seg vilkårlig mot bakterier. 
• Økt interesse for personlig tilpasset medisin og diagnose, hvor behandlinger tilpasses basert på en persons tarmmikrobiom.
• Potensielle risikoer ved spredning av bakterier som kan øke forekomsten av andre sykdommer.

Spørsmål å vurdere

• Gitt kompleksiteten til den menneskelige tarmens mikrobiom, tror du den fullstendige genteknologien snart er mulig?
• Hvor kostbart forutsier du at den utbredte anvendelsen av slike prosesser vil være?