Designer Microbes: Jak tento nepravděpodobný nástroj může bojovat proti vzácné nemoci

Pilulka obsahující miliony bakterií připravených kolonizovat vaše střevo může být pro mnoho lidí noční můrou. Může se však stát novým účinným nástrojem boje proti nemocem.

V mnoha zděděných genetických onemocněních mutovaný gen znamená, že jedinec nemůže učinit životně důležitou substanci nezbytnou pro růst, rozvoj nebo funkci svého těla. Někdy toto může být opraveno syntetickou náhražkou - pilulkou - že mohou denně přijímat, aby nahradili to, co jejich tělo mělo udělat přirozeně. Lidé se vzácným genetickým onemocněním nazývaným fenylketonurie (PKU) postrádají enzym, který je nezbytný pro rozklad bílkovin. Bez ní se toxické chemikálie hromadí v krvi a mohou způsobit trvalé poškození mozku.

Viz také: „Noční můra bakterie“: Co potřebujete vědět o bakteriích rezistentních na antibiotika

Oprava je naštěstí snadná. Lékaři léčí nemoc tím, že svým pacientům po zbytek života dávají super-proteinovou dietu. Vzhledem k tomu, že oprava byla tak jednoduchá, byla PKU první poruchou, u které byly novorozenci běžně vyšetřováni, počínaje rokem 1961, analýzou kapky krve odebrané z píchnutí na patě dítěte.

Ale představte si, jak náročné může být měřit vše, co jíte během celého života. Pro léčbu PKU výzkumníci v současné době zkoumají nové strategie léčby. Jedním z nich je použití nástrojů pro úpravu genů ke korekci genetických mutací. Současná technologie je však stále riskantní; existuje možnost narušení jiných genů a způsobení kolaterálního poškození pacientů.

Co když člověk nahradí zlomený gen bez ovlivnění genomu pacienta? To je přesně to, co výzkumníci z Cambridge, Massachusetts-založené biotechnologické společnosti Synlogic udělal. Rozhodli se, že spíše než přímo do lidského genomu, zavedou terapeutické geny přímo do přirozeně se vyskytujících bakterií, které se nacházejí v lidském střevě. Tyto geneticky modifikované bakterie by pak produkovaly enzymy, kterým pacienti s PKU chybí a proteiny rozkládají na netoxické produkty.

Jsem postdoktorandský výzkumný pracovník na UCSD, který studuje komunitu mikrobů, které žijí v našem těle a jak ovlivňují naše zdraví. Nyní začínáme chápat roli, kterou hrají a udržují nás zdravou. Dalším krokem je zjistit, jak je můžeme změnit, abychom zlepšili naše zdraví. Studie Synlogic přináší tento sen o krok blíž.

Inženýrské bakterie žijící v naší střevě

Možná budete překvapeni, když zjistíte, že naše střeva jsou obývány biliony bakterií, které nám pomáhají trávit potravu, vyrábět vitamíny pro nás a vzdělávat náš imunitní systém. Toto společenství mikrobů je náš mikrobiom. Společně uchovávají v genomech miliony různých genů, které převyšují naše lidské geny 150 až 1, a můžeme je využít ve svůj prospěch.

Escherichia coli Nissle 1917 je jednou z těch mikrobů žijících ve většině z nás a již více než století je široce používán jako probiotikum, což dokazuje jeho bezpečnost.

To je bakterie, kterou si Synlogic vybral k vytvoření nové terapeutické „super bakterie“ nazvané SYNB1618 pro pacienty s PKU.

Výzkumníci představili tři geny, které umožňují SYNB1618 transformovat jeden ze stavebních bloků proteinu, aminokyseliny nazývané fenylalanin, na bezpečnou sloučeninu, fenylpyruvát. Pokud jsou hladiny fenylalaninu udržovány na nízké úrovni, pacienti s PKU nevykazují žádné příznaky a žijí normální život.

Jsou GM bakterie bezpečné?

Odpůrci geneticky modifikovaných organismů by mohli namítat, že by do našich střev přidali mikroby. Ale stejně jako u geneticky modifikovaných potravin, existují přísné předpisy FDA, které zajišťují, že tyto mikroby jsou bezpečné.

V případě SYNB1618 výzkumníci odstranili gen zodpovědný za produkci základní složky pro tvorbu bakterií. Pokud výzkumníci nezajistí chybějící složku pro připravené bakterie, nemohou se replikovat a zemřou. Je to způsob, jak mohou vědci kontrolovat SYNB1618 v těle pacienta.

Když testovali mikroby u myší, zjistili, že po 48 hodinách bez zásadní složky SYNB1618 zmizel ze střev.

Výzkumníci společnosti Synlogic rovněž přijali další opatření při konstrukci SYNB1618 a výběru mikrobů pro terapii. Jiné než geny přidané ke zpracování fenylalaninu, upravené bakterie obsahují přesně stejné geny jako původní E-coli Nissle 1917, která je původem ze střeva, zajišťuje její bezpečnost.

Opravdu to funguje?

Jakmile vědci dokázali, že bakterie mohou v laboratoři přeměnit fenylalanin, rozhodli se podat bakterie myším s PKU. Výsledky ukázaly, že SYNB1618 degradoval fenylalanin cirkulující ve střevech zvířat, což snížilo hladiny léčených myší v krvi.

Viz také: Studie navrhuje probiotické bakterie a superbugy mohou produkovat elektřinu

Pak se vědci při přípravě na testy na lidech testovali SYNB1618 na opicích, aby zajistili bezpečnost a účinnost u lidí. Zdravé opice bez PKU byly krmeny fenylalaninem a poté dostaly dávku mikrobů. Bakterie SYNB1618 úspěšně snížily hladiny fenylalaninu v krvi - stejně jako u myší.

Synlogic v současné době testuje SYNB1618 u lidí ve fázi 1 klinické studie.

To je krok směrem k novému terapeutickému přístupu, který nabízí velký potenciál pro léčbu lidských nemocí, jako je diabetes a rakovina, a pro monitorování zánětlivých hladin u zánětlivých střevních onemocnění.

Když objevujeme a chápeme úlohu všech mikrobů, které obývají naše těla, očekávám, že identifikujeme mikroby, které mohou být dokonalými prostředky pro provádění různých genových terapií, které léčí ještě více nemocí, včetně těch, které zahrnují metabolismus a centrální nervový systém.

Tento článek byl původně publikován na The Conversation by Pedro Belda Ferre. Přečtěte si originální článek zde.