Дизайнерские микробы: как этот маловероятный инструмент может бороться с редкими заболеваниями

Таблетка, содержащая миллионы бактерий, готовых к заселению кишечника, может стать кошмаром для многих. Но это может стать новым эффективным средством борьбы с болезнями.

При многих наследственных генетических заболеваниях мутированный ген означает, что человек не может производить жизненно важное вещество, необходимое для роста, развития или функционирования его организма. Иногда это можно исправить с помощью синтетического заменителя - таблетки - которую они могут принимать ежедневно, чтобы заменить то, что их организм должен был сделать естественным путем. Людям с редким генетическим заболеванием под названием фенилкетонурия (ФКУ) не хватает фермента, который необходим для расщепления белка. Без этого токсичные химические вещества накапливаются в крови и могут привести к необратимому повреждению мозга.

Смотрите также: «Кошмарные бактерии»: что нужно знать об антибиотикоустойчивых микробах

К счастью, это легко исправить. Врачи лечат эту болезнь, оставляя своих пациентов на диете с низким содержанием белка на всю оставшуюся жизнь. Действительно, поскольку решение было очень простым, ФКУ было первым заболеванием, при котором новорожденные дети регулярно проходили скрининг, начиная с 1961 года, путем анализа капли крови, собранной с укола на пятке ребенка.

Но представьте, насколько сложно измерить все, что вы едите в течение всей своей жизни. Чтобы вылечить ФКУ, исследователи в настоящее время изучают новые стратегии лечения. Один включает использование инструментов редактирования генов для исправления генетических мутаций. Тем не менее, нынешние технологии все еще рискованны; Существует вероятность нарушения других генов и причинения побочного ущерба пациентам.

Что если можно заменить нарушенный ген, не влияя на геном пациента? Именно это и сделали исследователи из биотехнологической компании Synlogic, расположенной в Кембридже, штат Массачусетс. Они решили, что вместо непосредственного вмешательства в человеческий геном они будут вводить терапевтические гены непосредственно в естественные бактерии, которые находятся в кишечнике человека. Эти генетически модифицированные бактерии будут производить ферменты, которых не хватает пациентам с ФКУ, и расщеплять белки на нетоксичные продукты.

Я научный сотрудник UCSD, который изучает сообщество микробов, которые живут в нашем организме, и как они влияют на наше здоровье. Теперь мы начинаем понимать, какую роль они играют в поддержании нашего здоровья. Следующий шаг - выяснить, как мы можем изменить их, чтобы улучшить наше здоровье. И исследование Synlogic приближает эту мечту на шаг ближе.

Инженерные бактерии, живущие в нашем кишечнике

Вы можете быть удивлены, узнав, что в нашем кишечнике обитают триллионы бактерий, которые помогают нам переваривать пищу, производить для нас витамины и воспитывают нашу иммунную систему. Это сообщество микробов является нашим микробиомом. Вместе они содержат миллионы различных генов в своих геномах, превосходя по численности наши человеческие гены 150: 1, и мы можем использовать их в своих собственных интересах.

кишечная палочка Nissle 1917 - один из тех микроорганизмов, обитающих в большинстве из нас, и уже более столетия широко используется в качестве пробиотика, доказывая его безопасность.

Именно эту бактерию Synlogic выбрала для создания новой терапевтической «супербактерии» под названием SYNB1618 для пациентов с ФКУ.

Исследователи представили три гена, которые позволяют SYNB1618 превращать один из строительных блоков белка, аминокислоту под названием фенилаланин, в безопасное соединение, фенилпируват. Пока уровень фенилаланина остается низким, пациенты с ФКУ не проявляют никаких симптомов и живут нормальной жизнью.

GM Бактерии безопасны?

Противники генетически модифицированных организмов могут возражать против добавления в наши кишки дизайнерских микробов. Но так же, как они делают с генетически модифицированными продуктами, существуют строгие правила FDA, которые гарантируют, что эти микробы безопасны.

В случае SYNB1618 исследователи удалили ген, ответственный за производство необходимого ингредиента для создания бактерий. Если исследователи не предоставят недостающий ингредиент для искусственных бактерий, они не смогут размножаться и умрут. Это способ для исследователей контролировать SYNB1618 в теле пациента.

Когда они проверили микробы на мышах, они обнаружили, что через 48 часов без важнейшего ингредиента SYNB1618 исчез из их кишок.

Исследователи из Synlogic также приняли другие меры предосторожности при разработке SYNB1618 и выборе микробов для терапии. Кроме генов, добавленных для обработки фенилаланина, инженерные бактерии содержат точно такие же гены, что и исходные Кишечная палочка Nissle 1917 года, которая является родной для кишки, обеспечивая ее безопасность.

Это действительно работает?

Как только исследователи доказали, что бактерии могут преобразовывать фенилаланин в лаборатории, они решили ввести бактерии мышам с ФКУ. Результаты показали, что SYNB1618 разлагал фенилаланин, циркулирующий в кишечнике животных, что снижало уровни в крови обработанных мышей.

Смотрите также: Исследование предполагает, что пробиотические бактерии и супербуки могут производить электричество

Затем, готовясь к испытаниям на людях, исследователи протестировали SYNB1618 на обезьянах, чтобы обеспечить безопасность и эффективность на людях. Здоровым обезьянам без ФКУ кормили фенилаланин и затем давали дозу микробов. Бактерии SYNB1618 успешно снижали уровень фенилаланина в крови - так же, как и у мышей.

Synlogic в настоящее время тестирует SYNB1618 на людях в фазе 1 клинических испытаний.

Это шаг к новому терапевтическому подходу, который предлагает большой потенциал для лечения заболеваний человека, таких как диабет и рак, и для контроля уровня воспаления при воспалительных заболеваниях кишечника.

Когда мы обнаружим и поймем роль всех микробов, населяющих наш организм, я ожидаю, что мы выявим микробов, которые могут быть идеальными носителями для проведения различных генных терапий, которые лечат еще больше болезней, включая те, которые связаны с метаболизмом и центральной нервной системой.

Эта статья была первоначально опубликована в беседе Педро Белда Ферре. Прочитайте оригинальную статью здесь.