Гендік-инженерлік микробиома: денсаулық үшін бактерияларды өзгерту

• автор:
• Автордың аты-жөні

  Кванттық болжау
• Наурыз 8, 2023

Микробиома белгілі бір ортадағы микроорганизмдерден тұрады. Микробиоманы генетикалық түрлендіру ауыл шаруашылығында, денсаулық сақтауда және әл-ауқат салаларында әртүрлі практикалық қолданбаларды тауып, белгілі бір белгілерді басуға немесе көрсетуге және терапевтикалық препараттарды беруге көмектеседі.

Гендік-инженерлік микробиома контексті

Ішектің микробиомасы, адам ішекіндегі микроорганизмдер қауымы денсаулықта маңызды рөл атқарады. Соңғы зерттеулер ішек микробиомасының аутоиммундық ауруларға, қант диабетіне, қатерлі ісікке, жүрек-қан тамырлары ауруларына, Паркинсонға, Альцгеймерге, склерозға және тіпті депрессияға әсер етуі мүмкін екенін көрсетті. Дегенмен, бұл нәзік экожүйенің тепе-теңдігі диета және антибиотиктер сияқты әртүрлі факторлардың әсерінен бұзылуы мүмкін, бұл оны қалпына келтіруді қиындатады. 

Бірнеше зерттеушілер тірі қалу және бейімделу мүмкіндігін арттыру үшін генетикалық түрлендіретін микробиомаларды іздейді. Мысалы, Техас A&M университетінің ғалымдары 2021 жылы құрт микробиомын гендік инженерия жасау үшін бактерия, E. coli және дөңгелек құрттың симбиотикалық қарым-қатынасын пайдаланды. Олар E. coli плазмидасына флуоресценцияны басатын гендер енгізілгенде, оны тұтынатын құрттар флуоресценция көрсетуді тоқтатады. Сол жылы Сан-Франциско Калифорния университетінің ғалымдары E. coli ішіндегі хромосомаларды жою үшін CRISPR гендік өңдеу жүйесімен бактерияларды аулайтын вирустарды сәтті жүктеді.

2018 жылы Гарвард медициналық мектебінің зерттеушілері бактерияларды үйлестіру және үйлесімділікте бақылау үшін байланыста болу үшін жұмыс істеді. Олар қосылысты кворумды бактериялардың екі түріне шығару және анықтау үшін сигнал беруші және жауап беруші генетикалық схемаларды енгізді. Тышқандар осы бактерияларды тамақтандырған кезде, барлық тышқандардың ішектері бактериялардың сәтті байланысын растайтын сигнал беру белгілерін көрсетті. Мақсат адам ішегінде өз функцияларын орындау кезінде бір-бірімен тиімді байланысуға болатын инженерлік бактериялары бар синтетикалық микробиоманы құру болып қала береді. 

Деструктивті әсер 

Ішек микробиомасымен манипуляциялау үшін генді өңдеу әдістерін қолданудың әлеуетін зерттеу денсаулықтың әртүрлі мәселелеріне ықпал ететін теңгерімсіздіктерді шеше алады. Мысалы, көп зерттеулер адамның күрделі ішекіндегі бактериялық теңгерімсіздіктерді түзету үшін терапиялық құралдарды таба алады. Ішек денсаулығына пайдалы бактерияларды гендік инженерия жасау арқылы ғалымдар ішектің қабыну аурулары, тітіркенген ішек синдромы және тіпті семіздікті қоса, ішекке байланысты әртүрлі ауруларды емдеудің жаңа әдістерін жасай алады. Ол сондай-ақ гормоналды теңгерімсіздікке байланысты қант диабетін емдеудің жаңа әдістеріне мүмкіндік береді. 

Бактериялардың генетикалық манипуляциясының оңай болуының бір себебі олардың ДНҚ құрамына байланысты. Бұл кішкентай организмдерде хромосомалар деп аталатын ДНҚ-ның негізгі элементтеріне қосымша плазмидалар деп аталатын ДНҚ бөліктері бар. Плазмидалар өздерінің көшірмелерін жасай алады және хромосомаларға қарағанда гендер аз болады, бұл оларды генетикалық құралдармен өзгертуді жеңілдетеді. Атап айтқанда, басқа ағзалардың ДНҚ бөліктерін бактерия плазмидаларына салуға болады.

Плазмидалар өздерінің көшірмелерін жасағанда, трансгендер деп аталатын қосылған гендердің көшірмелерін де жасайды. Мысалы, плазмидаға инсулин жасау үшін адам гені қосылса, бактериялар плазмиданың көшірмелерін жасайтындықтан, ол инсулин генінің көбірек көшірмелерін жасайды. Бұл гендер пайдаланылған кезде ол көбірек инсулин шығарады. Дегенмен, ғалымдар микробиомалардың жоғары күрделілігіне байланысты бұл мүмкіндік әлі де алыс екеніне келіседі. Дегенмен, қазіргі зерттеулер зиянкестермен күресуде, өсімдіктердің өсуін жақсартуда және ветеринариялық ауруларды диагностикалауда бірнеше қосымшаларға ие болуы мүмкін. 

Гендік-инженерлік микробиомалардың салдары

Көптеген орталарда микробиоманың табысты гендік инженериясының кеңірек салдары мыналарды қамтуы мүмкін:

• CRISPR сияқты генді өңдеу құралдарында зерттеулердің артуы.
• Белгілі бір тапсырмалар үшін қолайлы бактериялардың жаңа штаммдарын жасау арқылы биоотын, азық-түлік және басқа да өнімдерді өндірудің жаңа мүмкіндіктерін ашу.
• Бактерияларды бей-берекет нысанаға алатын антибиотиктерді пайдалануды азайту. 
• Емдеу әдістері адамның ішек микробиомасына негізделген жекелендірілген медицина мен диагностикаға қызығушылықтың артуы.
• Басқа аурулардың пайда болуын арттыратын бактериялардың көбеюіндегі ықтимал қауіптер.

Қарастырылатын сұрақтар

• Адамның ішек микробиомасының күрделілігін ескере отырып, оның толық гендік инженериясы жақын арада мүмкін деп ойлайсыз ба?
• Мұндай процестерді кеңінен қолдану қаншалықты қымбатқа түседі деп болжауға болады?