Geneticky upravený mikrobióm: Úprava baktérií pre zdravie

OBRÁZOK PRE OBRÁZOK:
Obrazový kredit
iStock

Geneticky upravený mikrobióm: Úprava baktérií pre zdravie

Geneticky upravený mikrobióm: Úprava baktérií pre zdravie

Text podnadpisu
Experimenty meniace rôzne bakteriálne populácie na vykonávanie požadovaných funkcií prinášajú sľubné výsledky.
    • Autor:
    • meno autora
      Predvídavosť Quantumrun
    • March 8, 2023

    Mikrobióm pozostáva z mikroorganizmov v konkrétnom prostredí. Genetická modifikácia mikrobiómu by mohla pomôcť potlačiť alebo prejaviť určité vlastnosti a poskytnúť terapeutiká, nájsť rôzne praktické aplikácie v sektore poľnohospodárstva, zdravia a blahobytu.

    Kontext genetického inžinierstva mikrobiómu

    Črevný mikrobióm, spoločenstvo mikroorganizmov v ľudskom čreve, zohráva významnú úlohu v zdraví. Nedávny výskum ukázal, že črevný mikrobióm môže ovplyvniť autoimunitné ochorenia, cukrovku, rakovinu, kardiovaskulárne ochorenia, Parkinsonovu chorobu, Alzheimerovu chorobu, roztrúsenú sklerózu a dokonca aj depresiu. Rovnováhu tohto delikátneho ekosystému však môžu narušiť rôzne faktory, ako je strava a antibiotiká, čo sťažuje obnovenie. 

    Niekoľko výskumníkov skúma genetickú modifikáciu mikrobiómov, aby zvýšili svoje šance na prežitie a adaptabilitu. Napríklad vedci z Texaskej univerzity A&M použili symbiotický vzťah baktérie E. coli a škrkavky na genetické inžinierstvo mikrobiómu červa v roku 2021. Všimli si, že keď boli do plazmidu E. coli vložené gény potláčajúce fluorescenciu, červy, ktoré ho konzumovali, by prestali vykazovať fluorescenciu. V tom istom roku vedci z Kalifornskej univerzity v San Franciscu úspešne nahrali vírusy loviace baktérie pomocou systému na úpravu génov CRISPR, aby odstránili chromozómy v E. coli.

    V roku 2018 výskumníci z Harvard Medical School pracovali na tom, aby baktérie komunikovali, aby ich koordinovali a kontrolovali v harmónii. Zaviedli genetické obvody signalizátora a odpovede na uvoľnenie a detekciu zloženého kvóra do dvoch typov baktérií. Keď boli myši kŕmené týmito baktériami, črevá všetkých myší vykazovali známky prenosu signálu, čo potvrdilo úspešnú komunikáciu baktérií. Cieľom zostáva vytvoriť syntetický mikrobióm s upravenými baktériami v ľudskom čreve, ktoré sú efektívne pri vzájomnej komunikácii pri vykonávaní svojich funkcií. 

    Rušivý vplyv 

    Skúmanie potenciálu používania techník na úpravu génov na manipuláciu s črevným mikrobiómom môže riešiť nerovnováhu, ktorá prispieva k rôznym zdravotným problémom. Ďalší výskum môže napríklad objaviť podávanie terapeutík na nápravu bakteriálnej nerovnováhy v komplexnom ľudskom čreve. Pomocou genetického inžinierstva baktérií, o ktorých je známe, že sú prospešné pre zdravie čriev, môžu vedci vytvoriť nové spôsoby liečby rôznych porúch súvisiacich s črevami, vrátane zápalového ochorenia čriev, syndrómu dráždivého čreva a dokonca aj obezity. Umožňuje tiež novšie metódy liečby cukrovky v dôsledku hormonálnej nerovnováhy. 

    Jedným z dôvodov, prečo sú baktérie ľahšie geneticky manipulovateľné, je ich zloženie DNA. Tieto drobné organizmy majú okrem hlavných prvkov DNA nazývaných chromozómy aj kúsky DNA nazývané plazmidy. Plazmidy môžu vytvárať svoje kópie a majú menej génov ako chromozómy, čo uľahčuje ich zmenu pomocou genetických nástrojov. Konkrétne môžu byť kúsky DNA z iných organizmov vložené do bakteriálnych plazmidov.

    Keď plazmidy vytvárajú kópie seba samých, vytvárajú aj kópie pridaných génov, nazývaných transgény. Napríklad, ak sa do plazmidu pridá ľudský gén na výrobu inzulínu, keď baktérie vytvárajú kópie plazmidu, vytvára sa aj viac kópií génu inzulínu. Keď sú tieto gény použité, produkuje viac inzulínu. Vedci sa však zhodujú v tom, že táto možnosť je vzhľadom na vysokú komplexnosť mikrobiómov ešte veľmi vzdialená. Súčasné štúdie však môžu mať aj niekoľko aplikácií pri kontrole škodcov, zvyšovaní rastu rastlín a diagnostike veterinárnych chorôb. 

    Dôsledky geneticky upravených mikrobiómov

    Širšie dôsledky úspešného genetického inžinierstva mikrobiómu vo viacerých prostrediach môžu zahŕňať:

    • Zvýšený výskum nástrojov na úpravu génov, ako je CRISPR.
    • Otváranie nových možností výroby biopalív, potravín a iných produktov vytváraním nových kmeňov baktérií, ktoré sú vhodnejšie na špecifické úlohy.
    • Znížené používanie antibiotík, ktoré sa bez rozdielu zameriavajú na baktérie. 
    • Zvýšený záujem o personalizovanú medicínu a diagnostiku, kde sú liečby prispôsobené na základe črevného mikrobiómu človeka.
    • Potenciálne riziká pri množení baktérií, ktoré môžu zvýšiť výskyt iných ochorení.

    Otázky na zváženie

    • Myslíte si, že vzhľadom na zložitosť ľudského črevného mikrobiómu bude čoskoro možné jeho úplné genetické inžinierstvo?
    • Aké nákladné bude podľa vás rozsiahle použitie takýchto procesov?

    Prehľadové referencie

    Pre tento prehľad boli použité nasledujúce populárne a inštitucionálne odkazy: