Designer mikrober: Hvordan dette usannsynlige verktøyet kan bekjempe sjeldne sykdommer

En pille som inneholder millioner av bakterier klar til å kolonisere tarmkanalen din, kan være et mareritt for mange. Men det kan bli et effektivt nytt verktøy for å bekjempe sykdom.

I mange arvelige genetiske sykdommer betyr et mutert gen at et individ ikke kan gjøre et vitalt stoff nødvendig for at kroppen skal vokse, utvikle seg eller fungere. Noen ganger kan dette løses med en syntetisk erstatning - en pille - som de kan ta daglig for å erstatte hva kroppen deres burde ha gjort naturlig. Personer med en sjelden genetisk sykdom kalt fenylketonuri (PKU) mangler et enzym som er essensielt for å bryte ned protein. Uten det oppstår giftige kjemikalier i blodet og kan forårsake permanent hjerneskade.

Se også: "Marerittbakterier": Hva du trenger å vite om antibiotikaresistente bakterier

Heldigvis er løsningen enkel. Leger behandler sykdommen ved å sette sine pasienter på et super lavt proteinholdig kosthold for resten av livet. Faktisk, fordi fikset var så enkelt, var PKU den første sykdommen som nyfødte barn ble rutinemessig screenet fra 1961, ved å analysere en bloddråpe hentet fra en prikk på babyens hæl.

Men forestill deg hvor utfordrende det kan være å måle alt du spiser i hele livet ditt. For å kurere PKU undersøker forskere for tiden nye behandlingsstrategier. En involverer bruk av genredigeringsverktøy for å korrigere genetiske mutasjoner. Men den nåværende teknologien er fortsatt risikabelt; Det er en sjanse for å forstyrre andre gener og forårsake skade på pasientene.

Hva om man kunne erstatte det ødelagte gen uten å påvirke pasientens genom? Det er akkurat hva forskere på Cambridge, Massachusetts-baserte bioteknologisynlogikk har gjort. De bestemte seg for at i stedet for å blande seg direkte med det menneskelige genomet, ville de introdusere terapeutiske gener direkte inn i de naturlig forekommende bakteriene som ligger i menneskets tarm. Disse genetisk modifiserte bakteriene vil da produsere enzymer som PKU-pasienter manglet og bryte ned proteinene i ikke-toksiske produkter.

Jeg er en postdoktoral forsker ved UCSD som studerer samfunnet av mikrober som lever i kroppene våre, og hvordan de påvirker helsen vår. Nå begynner vi å forstå hvilken rolle de spiller for å holde oss sunne. Det neste trinnet er å finne ut hvordan vi kan endre dem for å forbedre helsen vår. Og Synlogics studie gir den drømmen et skritt nærmere.

Ingeniørbakterier som bor i vår gut

Du kan bli overrasket over å vite at tarmene våre er bebodd av milliarder bakterier som hjelper oss med å fordøye mat, produsere vitaminer for oss, og utdanne vårt immunsystem. Dette miljøet av mikrober er vår mikrobiome. Sammen havner de millioner av forskjellige gener i sine genomer, som overskrider våre menneskelige gener 150-1, og vi kan bruke dem til vår egen fordel.

Escherichia coli Nissle 1917 er en av de mikroberene som bor i de fleste av oss, og har vært mye brukt som et probiotisk i over et århundre, som viser sin sikkerhet.

Dette er bakterien som Synlogic valgte å konstruere for å skape en ny terapeutisk "superbakterie" kalt SYNB1618 for PKU-pasienter.

Forskerne introduserte tre gener som gjør det mulig for SYNB1618 å transformere en av byggeblokkene av protein, en aminosyre som kalles fenylalanin, i den sikre forbindelsen, fenylpyruvat. Så lenge nivåene av fenylalanin holdes lave, viser PKU-pasienter ikke noen symptomer og lever normale liv.

Er GM bakterier trygge?

Motstandere av genetisk modifiserte organismer kan motsette seg å legge til designer mikrober i vår tarm. Men akkurat som de gjør med genetisk modifiserte matvarer, er det strenge FDA-forskrifter som sikrer at disse mikroberene er trygge.

I tilfelle av SYNB1618 slettet forskerne et gen som var ansvarlig for å produsere en viktig ingrediens for å bygge bakteriene. Hvis forskerne ikke gir den manglende ingrediens for de konstruerte bakteriene, kan de ikke kopiere og dø. Det er en måte for forskere å kontrollere SYNB1618 i pasientens kropp.

Når de testet mikrober i mus, oppdaget de at SYNB1618 etter 48 timer uten den viktigste ingrediensen forsvant fra deres tarm.

Forskerne ved Synlogic tok også andre forholdsregler ved konstruksjon SYNB1618 og valgte hvilke mikrober som skal brukes til terapi. Annet enn generene som er lagt til for å behandle fenylalanin, inneholder de konstruerte bakteriene nøyaktig de samme genene som originalen E coli Nissle 1917 som er innfødt i tarmen, og sikrer sikkerheten.

Fungerer det egentlig?

Når forskerne viste at bakteriene kunne konvertere fenylalanin i laboratoriet, bestemte de seg for å administrere bakteriene til mus med PKU. Resultatene viste at SYNB1618 nedbrytet fenylalanin sirkulerer i dyrets tarme, som senket nivåene i blodet til de behandlede musene.

Se også: Studie foreslår probiotiske bakterier og superbugs kan produsere elektrisitet

Da forberedte testene på mennesker forskerne SYNB1618 på apekatter for å sikre sikkerhet og effekt hos mennesker. Sunn aper uten PKU ble matet fenylalanin og gitt en dose av mikrober etterpå. SYNB1618-bakteriene reduserte blodnivåene av fenylalanin vellykket - akkurat som de gjorde i musen.

Synlogic tester for tiden SYNB1618 hos mennesker i en fase 1 klinisk studie.

Dette er et skritt mot en ny terapeutisk tilnærming som gir stort potensial til å behandle menneskers sykdommer som diabetes og kreft og å overvåke betennelsesnivåer i inflammatoriske tarmsykdommer.

Når vi oppdager og forstår rollen til alle mikrober som bevarer kroppene våre, forventer jeg at vi vil identifisere mikrober som kan være de perfekte kjøretøyene for å bære ulike genterapier som behandler enda flere sykdommer, inkludert de som involverer metabolisme og sentralnervesystemet.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation av Pedro Belda Ferre. Les den opprinnelige artikkelen her.