Gensko spremenjen mikrobiom: Spreminjanje bakterij za zdravje

• Avtor:
• ime avtorja

  Quantumrun Foresight
• Marec 8, 2023

Mikrobiom sestavljajo mikroorganizmi v določenem okolju. Gensko spreminjanje mikrobioma bi lahko pomagalo zatreti ali pokazati določene lastnosti in zagotoviti terapevtiko, ki najde različne praktične uporabe v sektorjih kmetijstva, zdravja in dobrega počutja.

Kontekst gensko spremenjenega mikrobioma

Črevesni mikrobiom, skupnost mikroorganizmov v človeškem črevesju, igra pomembno vlogo pri zdravju. Novejše raziskave so pokazale, da lahko črevesni mikrobiom vpliva na avtoimunske bolezni, diabetes, raka, bolezni srca in ožilja, Parkinsonovo, Alzheimerjevo, multiplo sklerozo in celo depresijo. Vendar pa lahko ravnovesje tega občutljivega ekosistema porušijo različni dejavniki, kot so prehrana in antibiotiki, zaradi česar ga je težko obnoviti. 

Več raziskovalcev se ukvarja z gensko spreminjanjem mikrobiomov, da bi povečali njihove možnosti preživetja in prilagodljivosti. Na primer, znanstveniki na teksaški univerzi A&M so leta 2021 uporabili simbiotično razmerje med bakterijo E. coli in valjastim črvom za gensko inženirstvo mikrobioma črva. Opazili so, da ko so bili geni za zatiranje fluorescence vstavljeni v plazmid E. coli, črvi, ki so ga zaužili, bi nehali izkazovati fluorescenco. Istega leta so znanstveniki s kalifornijske univerze v San Franciscu uspešno naložili viruse, ki lovijo bakterije, s sistemom za urejanje genov CRISPR, da bi izbrisali kromosome znotraj E. coli.

Leta 2018 so raziskovalci na medicinski šoli Harvard delali, da bi bakterije vzpostavili komunikacijo, da bi jih uskladili in nadzorovali v harmoniji. Uvedli so signalna in odzivna genetska vezja za sprostitev in odkrivanje sestavljenega kvoruma v dveh vrstah bakterij. Ko so miši hranili te bakterije, so črevesja vseh miši pokazala znake prenosa signala, kar je potrdilo uspešno komunikacijo bakterij. Cilj ostaja ustvariti sintetični mikrobiom z inženirskimi bakterijami v človeškem črevesju, ki so učinkovite pri medsebojni komunikaciji med opravljanjem svojih funkcij. 

Moteč vpliv 

Raziskovanje potenciala uporabe tehnik urejanja genov za manipulacijo črevesnega mikrobioma lahko odpravi neravnovesja, ki prispevajo k različnim zdravstvenim težavam. Na primer, več raziskav lahko odkrije zagotavljanje terapevtikov za odpravo bakterijskih neravnovesij v kompleksnem človeškem črevesju. Z genskim inženiringom bakterij, za katere je znano, da so koristne za zdravje črevesja, lahko znanstveniki ustvarijo nova zdravila za različne s črevesjem povezane motnje, vključno z vnetno črevesno boleznijo, sindromom razdražljivega črevesja in celo debelostjo. Omogoča tudi novejše metode zdravljenja sladkorne bolezni zaradi hormonskega neravnovesja. 

Eden od razlogov, zakaj je z bakterijami lažje genetsko manipulirati, je njihova sestava DNK. Ti drobni organizmi imajo poleg glavnih elementov DNK, imenovanih kromosomi, delčke DNK, imenovane plazmidi. Plazmidi lahko sami sebe kopirajo in imajo manj genov kot kromosomi, zaradi česar jih je lažje spremeniti z genetskimi orodji. Natančneje, delčke DNK iz drugih organizmov je mogoče vstaviti v bakterijske plazmide.

Ko plazmidi naredijo kopije samega sebe, naredijo tudi kopije dodanih genov, imenovanih transgeni. Na primer, če plazmidu dodamo človeški gen za proizvodnjo insulina, ko bakterija naredi kopije plazmida, ustvari tudi več kopij insulinskega gena. Ko se ti geni uporabljajo, proizvede več insulina. Znanstveniki pa se strinjajo, da je ta možnost zaradi velike kompleksnosti mikrobiomov še daleč. Kljub temu imajo trenutne študije lahko tudi več aplikacij pri zatiranju škodljivcev, pospeševanju rasti rastlin in diagnosticiranju veterinarskih bolezni. 

Posledice gensko spremenjenih mikrobiomov

Širše posledice uspešnega genskega inženiringa mikrobioma v več okoljih lahko vključujejo:

• Okrepljeno raziskovanje orodij za urejanje genov, kot je CRISPR.
• Odpiranje novih možnosti za proizvodnjo biogoriv, ​​hrane in drugih izdelkov z ustvarjanjem novih sevov bakterij, ki so bolj primerne za posebne naloge.
• Zmanjšana uporaba antibiotikov, ki ciljajo na bakterije brez razlikovanja. 
• Povečano zanimanje za personalizirano medicino in diagnozo, kjer so zdravljenja prilagojena glede na črevesni mikrobiom osebe.
• Potencialna tveganja pri razmnoževanju bakterij, ki lahko povečajo pojavnost drugih bolezni.

Vprašanja, ki jih je treba upoštevati

• Glede na kompleksnost mikrobioma človeškega črevesja, ali menite, da bo kmalu mogoč popoln genski inženiring?
• Kako draga bo po vašem mnenju široka uporaba takih procesov?