Drobnoustroje projektantów: jak to mało prawdopodobne narzędzie może zwalczyć rzadkie choroby

Pigułka zawierająca miliony bakterii gotowych do skolonizowania jelita może być dla wielu koszmarem. Ale może stać się skutecznym nowym narzędziem do zwalczania chorób.

W wielu odziedziczonych chorobach genetycznych zmutowany gen oznacza, że ​​jednostka nie może uczynić istotnej substancji niezbędnej do wzrostu, rozwoju lub funkcjonowania swojego ciała. Czasami można to naprawić za pomocą syntetycznego substytutu - pigułki - który mogą przyjmować codziennie, aby zastąpić to, co ich organizm powinien zrobić naturalnie. Osobom z rzadką chorobą genetyczną zwaną fenyloketonurią (PKU) brakuje enzymu niezbędnego do rozkładu białka. Bez tego toksyczne chemikalia gromadzą się we krwi i mogą spowodować trwałe uszkodzenie mózgu.

Zobacz także: „Nightmare Bacteria”: co musisz wiedzieć o antybiotykoopornych zarazkach

Na szczęście poprawka jest łatwa. Lekarze leczą chorobę, wprowadzając swoich pacjentów na dietę o bardzo niskiej zawartości białka do końca życia. Rzeczywiście, ponieważ poprawka była tak prosta, PKU było pierwszym zaburzeniem, dla którego noworodki były rutynowo badane, począwszy od 1961 r., Poprzez analizę kropli krwi pobranej z kutasa na pięcie dziecka.

Ale wyobraź sobie, jak trudne może być zmierzenie wszystkiego, co jesz przez całe życie. Aby wyleczyć PKU, naukowcy badają obecnie nowe strategie leczenia. Jeden polega na użyciu narzędzi do edycji genów w celu skorygowania mutacji genetycznych. Jednak obecna technologia jest nadal ryzykowna; istnieje szansa na zakłócenie innych genów i spowodowanie obrażeń u pacjentów.

Co by było, gdyby można było zastąpić uszkodzony gen bez wpływu na genom pacjenta? Dokładnie to zrobili naukowcy z firmy Synlogic z Cambridge z Massachusetts. Zdecydowali, że zamiast bezpośrednio mieszać się z ludzkim genomem, wprowadzą geny terapeutyczne bezpośrednio do naturalnie występujących bakterii, które znajdują się w ludzkim jelicie. Te genetycznie zmodyfikowane bakterie wytwarzałyby następnie enzymy, których brakowało pacjentom z PKU, i rozkładały białka na nietoksyczne produkty.

Jestem badaczem podoktoranckim w UCSD, który bada społeczność drobnoustrojów, które żyją w naszym ciele i jak wpływają na nasze zdrowie. Teraz zaczynamy rozumieć rolę, jaką odgrywają, utrzymując nas w zdrowiu. Następnym krokiem jest zastanowienie się, jak możemy je zmienić, aby poprawić nasze zdrowie. A badanie Synlogic przybliża ten sen o krok.

Bakterie inżynieryjne żyjące w naszej jelitach

Możesz być zaskoczony, gdy dowiesz się, że nasze jelita są zamieszkane przez biliony bakterii, które pomagają nam trawić żywność, produkować dla nas witaminy i edukować nasz układ odpornościowy. Ta społeczność mikrobów to nasz mikrobiom. Razem zawierają miliony różnych genów w swoich genomach, przewyższając nasze ludzkie geny 150 do 1, i możemy je wykorzystać na naszą korzyść.

Escherichia coli Nissle 1917 jest jednym z tych mikrobów żyjących w większości z nas i jest szeroko stosowany jako probiotyk od ponad wieku, udowadniając jego bezpieczeństwo.

Jest to bakteria, którą Synlogic postanowił zaprojektować, aby stworzyć nową terapeutyczną „super bakterię” o nazwie SYNB1618 dla pacjentów z PKU.

Naukowcy wprowadzili trzy geny, które umożliwiają SYNB1618 przekształcenie jednego z elementów składowych białka, aminokwasu zwanego fenyloalaniną, w bezpieczny związek, fenylopirogronian. Dopóki poziom fenyloalaniny utrzymuje się na niskim poziomie, pacjenci z PKU nie wykazują żadnych objawów i żyją normalnie.

Czy bakterie są bezpieczne?

Przeciwnicy organizmów modyfikowanych genetycznie mogą mieć zastrzeżenia do dodawania mikrobów projektantów do naszych wnętrzności. Ale tak jak w przypadku żywności modyfikowanej genetycznie, istnieją ścisłe przepisy FDA, które zapewniają bezpieczeństwo tych drobnoustrojów.

W przypadku SYNB1618 naukowcy usunęli gen odpowiedzialny za produkcję niezbędnego składnika do budowy bakterii. Jeśli naukowcy nie dostarczą brakującego składnika dla zmodyfikowanych bakterii, nie będą mogli się powielić i umrą. Jest to sposób dla naukowców na kontrolę SYNB1618 w ciele pacjenta.

Kiedy testowali mikroby u myszy, odkryli, że po 48 godzinach bez ważnego składnika SYNB1618 zniknął z ich wnętrzności.

Naukowcy z Synlogic podjęli także inne środki ostrożności podczas projektowania SYNB1618 i wybrania mikroorganizmów do wykorzystania w terapii. Inaczej niż geny dodane do przetwarzania fenyloalaniny, zmodyfikowane bakterie zawierają dokładnie te same geny, co oryginał E coli Nissle 1917, który pochodzi z jelita, zapewniając jego bezpieczeństwo.

Czy to naprawdę działa?

Gdy naukowcy udowodnili, że bakterie mogą przekształcić fenyloalaninę w laboratorium, postanowili podać bakterie myszom z PKU. Wyniki pokazały, że SYNB1618 rozkłada fenyloalaninę krążącą w jelicie zwierząt, co obniża poziomy we krwi leczonych myszy.

Zobacz także: Badanie sugeruje, że bakterie probiotyczne i supergeny mogą wytwarzać energię elektryczną

Następnie, przygotowując się do testów na ludziach, naukowcy przetestowali SYNB1618 na małpach, aby zapewnić bezpieczeństwo i skuteczność u ludzi. Zdrowe małpy bez PKU karmiono fenyloalaniną i następnie podawano im dawkę drobnoustrojów. Bakterie SYNB1618 z powodzeniem zmniejszyły poziom fenyloalaniny we krwi - tak jak u myszy.

Synlogic obecnie testuje SYNB1618 u ludzi w fazie 1 badania klinicznego.

Jest to krok w kierunku nowego podejścia terapeutycznego, które oferuje ogromny potencjał w leczeniu chorób człowieka, takich jak cukrzyca i rak, oraz monitorowania poziomów zapalenia w nieswoistych chorobach jelit.

Odkrywamy i rozumiemy rolę wszystkich drobnoustrojów, które zamieszkują nasze ciała, spodziewam się, że zidentyfikujemy mikroby, które mogą być idealnymi nośnikami różnych terapii genowych, które leczą jeszcze więcej chorób, w tym chorób związanych z metabolizmem i ośrodkowym układem nerwowym.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation przez Pedro Belda Ferre. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.