Genetycznie zmodyfikowany mikrobiom: modyfikowanie bakterii dla zdrowia

• Autor:
• nazwisko autora

  Foresight Quantumrun
• 8 marca 2023 r.

Mikrobiom składa się z mikroorganizmów w określonym środowisku. Genetyczna modyfikacja mikrobiomu może pomóc w tłumieniu lub wykazywaniu pewnych cech i dostarczaniu środków terapeutycznych, znajdując różne praktyczne zastosowania w sektorach rolnictwa, zdrowia i dobrego samopoczucia.

Genetycznie zmodyfikowany kontekst mikrobiomu

Mikrobiom jelitowy, społeczność mikroorganizmów w jelitach człowieka, odgrywa znaczącą rolę w zdrowiu. Ostatnie badania wykazały, że mikrobiom jelitowy może wpływać na choroby autoimmunologiczne, cukrzycę, raka, choroby układu krążenia, chorobę Parkinsona, Alzheimera, stwardnienie rozsiane, a nawet depresję. Jednak równowaga tego delikatnego ekosystemu może zostać zakłócona przez różne czynniki, takie jak dieta i antybiotyki, utrudniając jej przywrócenie. 

Kilku naukowców bada genetycznie modyfikowane mikrobiomy, aby zwiększyć ich szanse na przeżycie i zdolność adaptacji. Na przykład naukowcy z Texas A&M University wykorzystali symbiotyczny związek bakterii E. coli i glisty do inżynierii genetycznej mikrobiomu robaka w 2021 r. Zauważyli, że kiedy geny tłumiące fluorescencję zostały wstawione do plazmidu E. coli, robaki, które go zjadały, przestawały wykazywać fluorescencję. W tym samym roku naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco z powodzeniem załadowali wirusy polujące na bakterie za pomocą systemu edycji genów CRISPR w celu usunięcia chromosomów w E. coli.

W 2018 roku naukowcy z Harvard Medical School pracowali nad tym, aby bakterie komunikowały się, koordynując je i kontrolując w harmonii. Wprowadzili obwody genetyczne sygnalizatora i odpowiadającego, aby uwolnić i wykryć kworum złożone w dwóch typach bakterii. Kiedy myszy karmiono tymi bakteriami, jelita wszystkich myszy wykazywały oznaki transmisji sygnału, potwierdzając udaną komunikację bakterii. Celem pozostaje stworzenie syntetycznego mikrobiomu ze zmodyfikowanymi bakteriami w ludzkich jelitach, które skutecznie komunikują się między sobą podczas wykonywania swoich funkcji. 

Zakłócający wpływ 

Badanie potencjału wykorzystania technik edycji genów do manipulowania mikrobiomem jelitowym może rozwiązać problem braku równowagi, który przyczynia się do różnych problemów zdrowotnych. Na przykład więcej badań może odkryć dostarczanie środków terapeutycznych w celu skorygowania braku równowagi bakteryjnej w złożonym ludzkim jelicie. Poprzez inżynierię genetyczną bakterii, o których wiadomo, że są korzystne dla zdrowia jelit, naukowcy mogą stworzyć nowe metody leczenia różnych zaburzeń związanych z jelitami, w tym nieswoistego zapalenia jelit, zespołu jelita drażliwego, a nawet otyłości. Pozwala również na nowsze metody leczenia cukrzycy z powodu zaburzeń równowagi hormonalnej. 

Jednym z powodów, dla których bakterie są łatwiejsze do manipulacji genetycznej, jest skład ich DNA. Te maleńkie organizmy oprócz głównych elementów DNA zwanych chromosomami mają fragmenty DNA zwane plazmidami. Plazmidy mogą tworzyć kopie samych siebie i mają mniej genów niż chromosomy, co ułatwia ich zmianę za pomocą narzędzi genetycznych. W szczególności fragmenty DNA z innych organizmów można umieścić w plazmidach bakteryjnych.

Kiedy plazmidy tworzą kopie samych siebie, tworzą również kopie dodanych genów, zwanych transgenami. Na przykład, jeśli ludzki gen do wytwarzania insuliny zostanie dodany do plazmidu, gdy bakteria tworzy kopie plazmidu, tworzy również więcej kopii genu insuliny. Kiedy te geny są używane, produkuje więcej insuliny. Jednak naukowcy zgadzają się, że taka możliwość jest jeszcze bardzo odległa ze względu na dużą złożoność mikrobiomów. Niemniej jednak obecne badania mogą mieć również kilka zastosowań w zwalczaniu szkodników, zwiększaniu wzrostu roślin i diagnozowaniu chorób weterynaryjnych. 

Implikacje genetycznie modyfikowanych mikrobiomów

Szersze implikacje udanej inżynierii genetycznej mikrobiomu w wielu środowiskach mogą obejmować:

• Zwiększone badania nad narzędziami do edycji genów, takimi jak CRISPR.
• Otwieranie nowych możliwości produkcji biopaliw, żywności i innych produktów poprzez tworzenie nowych szczepów bakterii lepiej przystosowanych do określonych zadań.
• Zmniejszone użycie antybiotyków, które atakują bakterie bez wyjątku. 
• Zwiększone zainteresowanie spersonalizowaną medycyną i diagnostyką, gdzie leczenie jest dostosowywane w oparciu o mikrobiom jelitowy danej osoby.
• Potencjalne zagrożenia związane z namnażaniem się bakterii, które mogą zwiększać występowanie innych chorób.

Pytania do rozważenia

• Biorąc pod uwagę złożoność mikrobiomu ludzkiego jelita, czy myślisz, że jego kompletna inżynieria genetyczna będzie wkrótce możliwa?
• Jak przewidywane są koszty powszechnego zastosowania takich procesów?