Genetski modificirani mikrobiom: modificiranje bakterija za zdravlje

• Autor:
• Ime autora

  Quantumrun Foresight
• Mart 8, 2023

Mikrobiom se sastoji od mikroorganizama u određenoj sredini. Genetski modificiranje mikrobioma moglo bi pomoći u suzbijanju ili ispoljavanju određenih osobina i isporučivanju terapeutika, pronalazeći različite praktične primjene u poljoprivredi, zdravstvu i sektorima dobrobiti.

Kontekst genetski modifikovanog mikrobioma

Mikrobiom crijeva, zajednica mikroorganizama u ljudskom crijevu, igra značajnu ulogu u zdravlju. Nedavna istraživanja su pokazala da mikrobiom crijeva može utjecati na autoimune bolesti, dijabetes, rak, kardiovaskularne bolesti, Parkinsonovu, Alchajmerovu, multiplu sklerozu, pa čak i depresiju. Međutim, ravnoteža ovog delikatnog ekosistema može biti poremećena raznim faktorima kao što su ishrana i antibiotici, što otežava obnavljanje. 

Nekoliko istraživača istražuje genetski modificiranje mikrobioma kako bi povećali svoje šanse za preživljavanje i prilagodljivost. Na primjer, naučnici sa Texas A&M univerziteta koristili su simbiotski odnos bakterije, E. coli i okruglog crva da genetski modificiraju mikrobiom crva 2021. godine. Primijetili su da kada su geni za suzbijanje fluorescencije umetnuti u plazmid E. coli, crvi koji su ga konzumirali prestali bi pokazivati ​​fluorescenciju. Iste godine, naučnici sa Kalifornijskog univerziteta u San Francisku uspješno su napunili viruse za lov na bakterije CRISPR sistemom za uređivanje gena kako bi izbrisali hromozome unutar E. coli.

Još 2018. godine, istraživači sa Harvardske medicinske škole radili su na tome da bakterije komuniciraju kako bi ih koordinirali i kontrolirali u harmoniji. Uveli su genetska kola signalizatora i odgovora za oslobađanje i otkrivanje složenog kvoruma u dvije vrste bakterija. Kada su miševi hranjeni ovim bakterijama, crijeva svih miševa pokazala su znakove prijenosa signala, potvrđujući uspješnu komunikaciju bakterija. Cilj ostaje stvoriti sintetički mikrobiom s dizajniranim bakterijama u ljudskim crijevima koje su učinkovite u međusobnoj komunikaciji dok obavljaju svoje funkcije. 

Ometajući uticaj 

Istraživanje potencijala korištenja tehnika za uređivanje gena za manipulaciju crijevnim mikrobiomom može riješiti neravnoteže koje doprinose različitim zdravstvenim problemima. Na primjer, više istraživanja može otkriti isporuku terapeutika za ispravljanje bakterijske neravnoteže unutar složenog ljudskog crijeva. Genetskim inženjeringom bakterija za koje je poznato da su korisne za zdravlje crijeva, znanstvenici mogu stvoriti nove tretmane za različite poremećaje povezane s crijevima, uključujući upalnu bolest crijeva, sindrom iritabilnog crijeva, pa čak i gojaznost. Omogućava i novije metode liječenja dijabetesa zbog hormonske neravnoteže. 

Jedan od razloga zašto je bakterijama lakše genetski manipulirati je njihov sastav DNK. Ovi sićušni organizmi imaju komadiće DNK zvane plazmidi pored glavnih elemenata DNK zvanih hromozomi. Plazmidi mogu napraviti kopije sebe i imati manje gena od hromozoma, što ih čini lakšim za promjenu pomoću genetskih alata. Konkretno, dijelovi DNK iz drugih organizama mogu se staviti u bakterijske plazmide.

Kada plazmidi prave kopije sebe, oni takođe prave kopije dodatih gena, nazvanih transgeni. Na primjer, ako se plazmidu doda ljudski gen za stvaranje inzulina, kako bakterija pravi kopije plazmida, ona također stvara više kopija inzulinskog gena. Kada se ovi geni koriste, proizvodi više inzulina. Međutim, naučnici se slažu da je ova mogućnost još daleko zbog velike složenosti mikrobioma. Ipak, trenutne studije mogu imati i nekoliko primjena u kontroli štetočina, poboljšanju rasta biljaka i dijagnosticiranju veterinarskih bolesti. 

Implikacije genetski modificiranih mikrobioma

Šire implikacije uspješnog genetskog inženjeringa mikrobioma unutar više okruženja mogu uključivati:

• Povećano istraživanje alata za uređivanje gena, kao što je CRISPR.
• Otvaranje novih mogućnosti za proizvodnju biogoriva, hrane i drugih proizvoda stvaranjem novih sojeva bakterija prikladnijih za specifične zadatke.
• Smanjena upotreba antibiotika koji neselektivno ciljaju na bakterije. 
• Povećan interes za personaliziranu medicinu i dijagnozu, gdje se tretmani prilagođavaju na osnovu mikrobioma crijeva osobe.
• Potencijalni rizici u proliferaciji bakterija koji mogu povećati pojavu drugih bolesti.

Pitanja koja treba razmotriti

• S obzirom na složenost mikrobioma ljudskog crijeva, mislite li da je njegov potpuni genetski inženjering moguć uskoro?
• Koliko će skupa biti rasprostranjena primjena takvih procesa?