Дизайнерски микроби: Как може този инструмент да се пребори с редки болести

Хапче, съдържащо милиони бактерии, готови да колонизират червата ви, може да е кошмар за мнозина. Но това може да се превърне в ефективен нов инструмент за борба с болестите.

При много наследствени генетични заболявания мутиралият ген означава, че индивидът не може да направи жизненоважна субстанция, необходима за растежа, развитието или функционирането на тялото. Понякога това може да бъде фиксирано със синтетичен заместител - хапче - което те могат да вземат ежедневно, за да заменят това, което организмът им трябваше да направи естествено. Хората с рядко генетично заболяване, наречено фенилкетонурия (ФКУ), нямат ензим, който е от съществено значение за разграждането на протеините. Без него токсичните химикали се натрупват в кръвта и могат да причинят трайно увреждане на мозъка.

Вижте също: „Кошмарни бактерии“: Какво трябва да знаете за бактериите, устойчиви на антибиотици

За щастие решението е лесно. Лекарите лекуват болестта, като поставят пациентите си на супер ниско протеинова диета до края на живота си. Всъщност, тъй като фиксацията беше толкова проста, PKU беше първото нарушение, за което новородените бяха редовно скринирани, започвайки от 1961 г., като анализираха капка кръв, събрана от убождане на петата на бебето.

Но представете си колко предизвикателно може да бъде измерването на всичко, което ядете през целия си живот. За да излекуват ФКУ, изследователите в момента проучват нови стратегии за лечение. Едната включва използването на средства за редактиране на гени за коригиране на генетичните мутации. Въпреки това, настоящите технологии все още са рискови; има вероятност да се нарушат други гени и да се причинят странични увреждания на пациентите.

Ами ако човек може да замени счупения ген, без да засегне генома на пациента? Точно това направиха изследователите в биотехнологичната компания Synlogic, базирана в Кеймбридж, Масачузетс. Те решават, че вместо да се намесват директно с човешкия геном, те ще въведат терапевтичните гени директно в естествено срещащите се бактерии, които пребивават в червата на човека. Тези генетично модифицирани бактерии след това ще произвеждат ензимите, на които пациентите с ФКУ нямаха и разграждат протеините в нетоксични продукти.

Аз съм постдокторант в UCSD, който изучава общността на микробите, които живеят в нашите тела, и как те влияят на нашето здраве. Сега започваме да разбираме ролята, която играят, поддържайки ни здрави. Следващата стъпка е да разберем как можем да ги променим, за да подобрим здравето си. Проучването на Synlogic довежда тази мечта по-близо.

Инженерни бактерии, живеещи в нашия червей

Може да се изненадате, когато научите, че нашите черва са населени с трилиони бактерии, които ни помагат да усвояваме храната, да произвеждаме витамини за нас и да образоваме имунната система. Тази общност от микроби е нашата микробиома. Заедно те приютяват милиони различни гени в геномите си, превъзхождат нашите човешки гени от 150 до 1, и можем да ги използваме в наша полза.

Ешерихия коли Nissle 1917 е един от онези микроби, живеещи в повечето от нас и широко използван като пробиотик в продължение на повече от век, което доказва неговата безопасност.

Това е бактерията, която Synlogic избра да проектира, за да създаде нова терапевтична „супер бактерия”, наречена SYNB1618 за пациенти с PKU.

Изследователите въведоха три гена, които позволяват SYNB1618 да трансформира един от градивни елементи на протеин, аминокиселина, наречена фенилаланин, в безопасното съединение, фенилпируват. Докато нивата на фенилаланин са ниски, пациентите с ФКУ не показват никакви симптоми и живеят нормален живот.

Безопасни ли са ГМ бактериите?

Противниците на генетично модифицираните организми могат да възразят срещу добавянето на дизайнерски микроби в червата ни. Но както и с генетично модифицираните храни, съществуват строги разпоредби на FDA, които гарантират, че тези микроби са безопасни.

В случая със SYNB1618 изследователите изтрили ген, отговорен за производството на основна съставка за изграждането на бактериите. Ако изследователите не предоставят липсващата съставка за инженерните бактерии, те не могат да се възпроизведат и ще умрат. Това е начин за изследователите да контролират SYNB1618 в тялото на пациента.

Когато тествали микробите в мишки, те открили, че след 48 часа без основната съставка, SYNB1618 е изчезнал от червата им.

Изследователите от Synlogic са взели и други предпазни мерки, когато инженерни SYNB1618 и избора кои микроби да се използва за терапия. Освен гените, добавени към процеса на фенилаланин, инженерните бактерии съдържат точно същите гени като оригинала Е. coli Nissle 1917, който е роден на червата, осигурявайки неговата безопасност.

Наистина ли работи?

След като изследователите доказали, че бактериите могат да преобразуват фенилаланин в лабораторията, те решили да дадат бактериите на мишки с PKU. Резултатите показват, че SYNB1618 разгражда фенилаланин, циркулиращ в червата на животните, което понижава нивата в кръвта на третираните мишки.

Виж също: Проучване предполага, че пробиотичните бактерии и супербуксовете могат да произвеждат електричество

След това, подготвени за тестове при хора, изследователите тествали SYNB1618 върху маймуни, за да осигурят безопасност и ефикасност при хора. Здрави маймуни без ФКУ се хранят с фенилаланин и след това получават доза от микробите. Бактериите SYNB1618 успешно редуцираха нивата на фенилаланиновата кръв - точно както при мишките.

Synlogic понастоящем тества SYNB1618 при хора във фаза 1 на клинично изпитване.

Това е стъпка към нов терапевтичен подход, който предлага голям потенциал за лечение на човешки заболявания като диабет и рак и за наблюдение на нивата на възпаление при възпалителни заболявания на червата.

Тъй като откриваме и разбираме ролята на всички микроби, които обитават телата ни, очаквам, че ще идентифицираме микроби, които могат да бъдат идеалните средства за провеждане на различни генни терапии, които третират още повече заболявания, включително тези, които включват метаболизъм и централната нервна система.

Тази статия първоначално е била публикувана на The Conversation от Pedro Belda Ferre. Прочетете оригиналната статия тук.