Ģenētiski izstrādāts mikrobioms: modificējot baktērijas veselībai

ATTĒLA KREDĪTS:
Attēls kredīts
iStock

Ģenētiski izstrādāts mikrobioms: modificējot baktērijas veselībai

Ģenētiski izstrādāts mikrobioms: modificējot baktērijas veselībai

Apakšvirsraksta teksts
Eksperimenti, kas maina dažādas baktēriju populācijas, lai veiktu vēlamās funkcijas, dod daudzsološus rezultātus.
    • Autors:
    • Autors nosaukums
      Quantumrun Foresight
    • Marts 8, 2023

    Mikrobiomu veido mikroorganismi noteiktā vidē. Ģenētiski modificējot mikrobiomu, var palīdzēt nomākt vai parādīt noteiktas iezīmes un nodrošināt terapiju, atrodot dažādus praktiskus pielietojumus lauksaimniecības, veselības un labklājības nozarēs.

    Ģenētiski inženierijas mikrobioma konteksts

    Zarnu mikrobiomam, cilvēka zarnās esošo mikroorganismu kopienai, ir nozīmīga loma veselībā. Jaunākie pētījumi liecina, ka zarnu mikrobioms var ietekmēt autoimūnas slimības, diabētu, vēzi, sirds un asinsvadu slimības, Parkinsona slimību, Alcheimera slimību, multiplo sklerozi un pat depresiju. Tomēr šīs smalkās ekosistēmas līdzsvaru var izjaukt dažādi faktori, piemēram, diēta un antibiotikas, kas apgrūtina tās atjaunošanu. 

    Vairāki pētnieki pēta ģenētiski modificētus mikrobiomas, lai palielinātu viņu izdzīvošanas un pielāgošanās iespējas. Piemēram, Teksasas A&M universitātes zinātnieki izmantoja baktērijas E. coli un apaļtārpu simbiotiskās attiecības, lai ģenētiski modificētu tārpa mikrobiomu 2021. gadā. Viņi pamanīja, ka tad, kad E. coli plazmīdā tika ievietoti fluorescenci nomācoši gēni, tārpi, kas to patērēja, pārstās fluorescenci. Tajā pašā gadā Kalifornijas Universitātes Sanfrancisko zinātnieki veiksmīgi ielādēja baktēriju medību vīrusus ar CRISPR gēnu rediģēšanas sistēmu, lai dzēstu hromosomas E. coli.

    2018. gadā Hārvardas Medicīnas skolas pētnieki strādāja pie tā, lai baktērijas sazinātos, lai tās saskaņoti koordinētu un kontrolētu. Viņi ieviesa signalizācijas un reaģēšanas ģenētiskās shēmas, lai atbrīvotu un noteiktu salikto kvorumu divu veidu baktērijās. Kad peles tika barotas ar šīm baktērijām, visu peļu zarnās parādījās signāla pārraides pazīmes, kas apstiprināja veiksmīgu baktēriju saziņu. Mērķis joprojām ir izveidot sintētisku mikrobiomu ar inženierijas baktērijām cilvēka zarnās, kas spēj efektīvi sazināties savā starpā, pildot savas funkcijas. 

    Traucējoša ietekme 

    Gēnu rediģēšanas metožu izmantošanas potenciāla izpēte, lai manipulētu ar zarnu mikrobiomu, var novērst nelīdzsvarotību, kas veicina dažādas veselības problēmas. Piemēram, vairāk pētījumu var atklāt terapeitiskus līdzekļus, lai koriģētu baktēriju nelīdzsvarotību sarežģītajās cilvēka zarnās. Izmantojot gēnu inženierijas baktērijas, par kurām zināms, ka tās ir labvēlīgas zarnu veselībai, zinātnieki var radīt jaunas ārstēšanas metodes dažādiem ar zarnām saistītiem traucējumiem, tostarp iekaisīgām zarnu slimībām, kairinātu zarnu sindromu un pat aptaukošanos. Tas arī ļauj izmantot jaunākas diabēta ārstēšanas metodes hormonālās nelīdzsvarotības dēļ. 

    Viens no iemesliem, kāpēc baktērijas ir vieglāk ģenētiski manipulējamas, ir to DNS sastāvs. Šiem sīkajiem organismiem papildus galvenajiem DNS elementiem, ko sauc par hromosomām, ir DNS gabali, ko sauc par plazmīdām. Plazmīdas var izveidot sevis kopijas, un tām ir mazāk gēnu nekā hromosomām, tāpēc tās ir vieglāk mainīt ar ģenētiskiem instrumentiem. Konkrēti, citu organismu DNS gabalus var ievietot baktēriju plazmīdās.

    Kad plazmīdas veido sevis kopijas, tās veido arī pievienoto gēnu kopijas, ko sauc par transgēniem. Piemēram, ja plazmīdai tiek pievienots cilvēka gēns insulīna ražošanai, jo baktērijas veido plazmīdas kopijas, tas rada arī vairāk insulīna gēna kopiju. Kad šie gēni tiek izmantoti, tas ražo vairāk insulīna. Tomēr zinātnieki ir vienisprātis, ka šī iespēja joprojām ir tālu mikrobiomu augstās sarežģītības dēļ. Tomēr pašreizējiem pētījumiem var būt arī vairāki pielietojumi kaitēkļu apkarošanā, augu augšanas uzlabošanā un veterināro slimību diagnostikā. 

    Ģenētiski modificētu mikrobiomu ietekme

    Plašāka mikrobioma veiksmīgas gēnu inženierijas ietekme vairākās vidēs var ietvert:

    • Pastiprināti pētījumi gēnu rediģēšanas rīkos, piemēram, CRISPR.
    • Jaunu iespēju pavēršana biodegvielas, pārtikas un citu produktu ražošanā, radot jaunus baktēriju celmus, kas labāk piemēroti konkrētiem uzdevumiem.
    • Samazināta tādu antibiotiku lietošana, kuru mērķauditorija ir baktērijas bez izšķirības. 
    • Palielināta interese par personalizētu medicīnu un diagnostiku, kur ārstēšana tiek pielāgota, pamatojoties uz cilvēka zarnu mikrobiomu.
    • Iespējamie baktēriju vairošanās riski, kas var palielināt citu slimību rašanos.

    Jautājumi, kas jāapsver

    • Ņemot vērā cilvēka zarnu mikrobioma sarežģītību, vai jūs domājat, ka tā pilnīga gēnu inženierija drīz būs iespējama?
    • Cik dārgi, jūsuprāt, būs šādu procesu plaši izplatīti pielietojumi?

    Ieskata atsauces

    Šim ieskatam tika izmantotas šādas populāras un institucionālas saites: