Генно-інженерний мікробіом: зміна бактерій для здоров’я

КРЕДИТ ЗОБРАЖЕННЯ:
Кредит зображення
iStock

Генно-інженерний мікробіом: зміна бактерій для здоров’я

Генно-інженерний мікробіом: зміна бактерій для здоров’я

Текст підзаголовка
Експерименти, що змінюють різні популяції бактерій для виконання бажаних функцій, дають багатообіцяючі результати.
    • Автор:
    • ім'я автора
      Quantumrun Foresight
    • Березня 8, 2023

    Мікробіом складається з мікроорганізмів у певному середовищі. Генетична модифікація мікробіому може допомогти придушити або проявити певні риси та забезпечити терапевтичні засоби, знайшовши різні практичні застосування в сільському господарстві, охороні здоров’я та добробуті.

    Контекст мікробіома генетичної інженерії

    Мікробіом кишечника, спільнота мікроорганізмів у кишечнику людини, відіграє важливу роль у здоров’ї. Недавні дослідження показали, що мікробіом кишечника може впливати на аутоімунні захворювання, діабет, рак, серцево-судинні захворювання, хвороби Паркінсона, Альцгеймера, розсіяний склероз і навіть депресію. Однак баланс цієї делікатної екосистеми може бути порушений різними факторами, такими як дієта та антибіотики, що ускладнює його відновлення. 

    Кілька дослідників вивчають генетично модифіковані мікробіоми, щоб збільшити їхні шанси на виживання та адаптацію. Наприклад, у 2021 році вчені з Техаського університету A&M використовували симбіотичний зв’язок бактерії E. coli та аскариди для генетичної інженерії мікробіома хробака. Вони помітили, що коли гени, що пригнічують флуоресценцію, були вставлені в плазміду E. coli, хробаки, які його споживали, перестали б виявляти флуоресценцію. Того ж року вчені з Каліфорнійського університету в Сан-Франциско успішно завантажили віруси-ловці на бактерії за допомогою системи редагування генів CRISPR для видалення хромосом у E. coli.

    Ще в 2018 році дослідники Гарвардської медичної школи працювали над тим, щоб змусити бактерії спілкуватися, щоб координувати їх і контролювати в гармонії. Вони представили генетичні ланцюги сигналізаторів і відповідачів для вивільнення та виявлення складного кворуму в двох типах бактерій. Коли мишей годували цими бактеріями, кишки всіх мишей демонстрували ознаки передачі сигналу, що підтверджує успішне спілкування бактерій. Мета залишається створити синтетичний мікробіом зі сконструйованими бактеріями в кишечнику людини, які ефективно спілкуються між собою під час виконання своїх функцій. 

    Руйнівний вплив 

    Вивчення потенціалу використання методів редагування генів для маніпулювання мікробіомом кишечника може вирішити дисбаланс, який сприяє різноманітним проблемам зі здоров’ям. Наприклад, додаткові дослідження можуть виявити терапевтичні засоби для виправлення бактеріального дисбалансу в складному кишечнику людини. Шляхом генної інженерії бактерій, які, як відомо, є корисними для здоров’я кишечника, вчені можуть створити нові методи лікування різних захворювань, пов’язаних із кишківником, включаючи запальні захворювання кишечника, синдром подразненого кишечника та навіть ожиріння. Це також дозволяє використовувати нові методи лікування діабету через гормональний дисбаланс. 

    Однією з причин, чому бактерії легше піддаються генетичній маніпуляції, є їх склад ДНК. Ці крихітні організми мають шматочки ДНК, які називаються плазмідами, на додаток до основних елементів ДНК, які називаються хромосомами. Плазміди можуть створювати самі себе копії та мають менше генів, ніж хромосоми, що полегшує їх зміну за допомогою генетичних інструментів. Зокрема, фрагменти ДНК з інших організмів можна помістити в бактеріальні плазміди.

    Коли плазміди створюють свої копії, вони також створюють копії доданих генів, які називаються трансгенами. Наприклад, якщо людський ген виробництва інсуліну додається до плазміди, коли бактерія створює копії плазміди, вона також створює більше копій гена інсуліну. Коли ці гени використовуються, він виробляє більше інсуліну. Однак вчені сходяться на думці, що ця можливість ще далека через високу складність мікробіомів. Тим не менш, поточні дослідження також можуть мати кілька застосувань у боротьбі зі шкідниками, посиленні росту рослин і діагностиці ветеринарних захворювань. 

    Наслідки генно-інженерних мікробіомів

    Більш широкі наслідки успішної генної інженерії мікробіому в багатьох середовищах можуть включати:

    • Посилення досліджень інструментів редагування генів, таких як CRISPR.
    • Відкриття нових можливостей для виробництва біопалива, їжі та інших продуктів шляхом створення нових штамів бактерій, які краще підходять для конкретних завдань.
    • Зменшення використання антибіотиків, які націлені на бактерії без розбору. 
    • Підвищений інтерес до персоналізованої медицини та діагностики, коли лікування підбирається на основі кишкового мікробіому людини.
    • Потенційні ризики розмноження бактерій, які можуть збільшити виникнення інших захворювань.

    Питання для розгляду

    • Враховуючи складність мікробіома кишківника людини, як ви думаєте, чи можлива його повна генна інженерія незабаром?
    • Наскільки, на вашу думку, коштуватиме широке застосування таких процесів?

    Посилання на Insight

    Для цієї інформації використовувалися такі популярні та інституційні посилання: