Genmanipulerat mikrobiom: Modifierar bakterier för hälsan

• Författare:
• författarnamn

  Quantumrun Framsyn
• Mars 8, 2023

Mikrobiomet består av mikroorganismer i en viss miljö. Att genetiskt modifiera mikrobiomet kan hjälpa till att undertrycka eller uppvisa vissa egenskaper och leverera terapier, hitta olika praktiska tillämpningar inom jordbruket, hälsa och välbefinnande.

Genetiskt konstruerad mikrobiomkontext

Tarmmikrobiomet, samhället av mikroorganismer i den mänskliga tarmen, spelar en betydande roll för hälsan. Ny forskning har visat att tarmmikrobiomet kan påverka autoimmuna sjukdomar, diabetes, cancer, hjärt-kärlsjukdomar, Parkinsons, Alzheimers, multipel skleros och till och med depression. Men balansen i detta känsliga ekosystem kan störas av olika faktorer som kost och antibiotika, vilket gör det svårt att återställa. 

Flera forskare undersöker genetiskt modifierande mikrobiomer för att öka deras chanser att överleva och anpassningsförmåga. Till exempel använde forskare vid Texas A&M University det symbiotiska förhållandet mellan en bakterie, E. coli, och en rundmask för att genetiskt modifiera maskens mikrobiom 2021. De märkte att när fluorescensundertryckande gener infogades i plasmiden av E. coli, maskarna som konsumerade det skulle sluta uppvisa fluorescens. Samma år laddade forskare vid University of California San Francisco framgångsrikt bakteriejaktande virus med CRISPR-genredigeringssystemet för att radera kromosomer i E. coli.

Redan 2018 arbetade forskare vid Harvard Medical School för att få bakterier att kommunicera för att samordna och kontrollera dem i harmoni. De introducerade signaler och responder genetiska kretsar för att frigöra och detektera ett sammansatt kvorum i två typer av bakterier. När möss matades med dessa bakterier visade tarmen på alla möss tecken på signalöverföring, vilket bekräftar den framgångsrika kommunikationen av bakterier. Målet kvarstår att skapa ett syntetiskt mikrobiom med konstruerade bakterier i den mänskliga tarmen som är effektiva på att kommunicera sinsemellan samtidigt som de utför sina funktioner. 

Störande inverkan 

Att utforska potentialen med att använda genredigeringstekniker för att manipulera tarmmikrobiomet kan ta itu med obalanser som bidrar till olika hälsoproblem. Till exempel kan mer forskning upptäcka att ge terapi för att korrigera bakteriella obalanser i den komplexa mänskliga tarmen. Genom att genmanipulera bakterier som är kända för att vara fördelaktiga för tarmhälsa, kan forskare skapa nya behandlingar för olika tarmrelaterade sjukdomar, inklusive inflammatorisk tarmsjukdom, irritabel tarm och till och med fetma. Det möjliggör också nyare behandlingsmetoder för diabetes på grund av hormonella obalanser. 

En anledning till att bakterier är lättare att genetiskt manipulera beror på deras DNA-sammansättning. Dessa små organismer har bitar av DNA som kallas plasmider utöver huvudelementen i DNA som kallas kromosomer. Plasmider kan göra kopior av sig själva och har färre gener än kromosomer, vilket gör dem lättare att ändra med genetiska verktyg. Specifikt kan bitar av DNA från andra organismer sättas in i bakterieplasmider.

När plasmider gör kopior av sig själva, gör de också kopior av de tillsatta generna, så kallade transgener. Till exempel, om en mänsklig gen för att tillverka insulin läggs till en plasmid, eftersom bakterierna gör kopior av plasmiden, skapar den också fler kopior av insulingenen. När dessa gener används producerar det mer insulin. Men forskare är överens om att denna möjlighet fortfarande är långt borta på grund av mikrobiomers höga komplexitet. Icke desto mindre kan aktuella studier också ha flera tillämpningar inom skadedjursbekämpning, förbättra växttillväxt och diagnostisera veterinära sjukdomar. 

Implikationer av genetiskt modifierade mikrobiomer

De bredare konsekvenserna av framgångsrik genteknik av mikrobiomet inom flera miljöer kan inkludera:

• Ökad forskning inom genredigeringsverktyg, såsom CRISPR.
• Öppnar nya möjligheter för att producera biobränslen, livsmedel och andra produkter genom att skapa nya bakteriestammar bättre lämpade för specifika uppgifter.
• Minskad användning av antibiotika som riktar sig urskillningslöst mot bakterier. 
• Ökat intresse för personlig medicin och diagnos, där behandlingar skräddarsys utifrån en persons tarmmikrobiom.
• Potentiella risker vid spridning av bakterier som kan öka förekomsten av andra sjukdomar.

Frågor att överväga

• Med tanke på komplexiteten i den mänskliga tarmens mikrobiom, tror du att dess fullständiga genteknik snart är möjlig?
• Hur kostsamma förutspår du att de utbredda tillämpningarna av sådana processer kommer att bli?