В новом исследовании, опубликованном в журнале Cell Systems, ученые показали, как они улучшили распространенные бактерии кишечника для того, чтобы они имели новые функции, позволяя контролировать генную экспрессию в кишечнике мышей.

желудочно-кишечный тракт
желудочно-кишечный тракт

Исследователи надеются, что они, в один прекрасный день, смогут использовать кишечное сигнализирование, для модификации генной экспрессии при помощи улучшенных бактерий. Это могло бы предложить новые стратегии лечения для многочисленных заболеваний.

 

Лидеры исследования, Тимоти К. Лу и Кристофер Фойгт, из Массачусетского технологического института (МТИ), и их коллеги говорят, что их исследование может проложить путь к созданию микроорганизмов, которые будут обнаруживать болезнь в кишечнике или смогут доставлять препараты.

Исследователи все чаще изучают, как улучшить бактерии кишечника, чтобы они имели терапевтический потенциал.

Например, в прошлом году сообщалось об исследовании ученых из Университета Вандербильта в Нэшвилле, штат Теннеси, в котором была модифицирована бактерия Escherichia coli, чтобы снизить потребление пищи и ожирение у мышей.

Однако исследователи из МТИ отмечают, что E. сoli не присутствует в кишечнике в больших количествах – она может быть очищена в течение нескольких дней введения. Тогда они обратили свое внимание на Bacteroides  — а именно на вид под названием Bacteroides thetaiotaomicron.

«В сравнении с E. Сoli, популяция Bacteroides обладает низкой изменчивостью численности и долгосрочной колонизации, — объясняют авторы. B. thetaiotaomicron присутствует в больших количествах в 46% людей, что делает его перспективным микроорганизмом для изучения и манипулирования окружающей средой кишечника».

Кроме того, исследователи говорят, что эти бактерии могут экспрессировать гены «по требованию» и участвовать в долгосрочных взаимодействиях с человеческими клетками и другими бактериями кишечника. Это значит, что форма этой бактерии, улучшенная для доставки препаратов и экспрессии ее генов, может дольше оставаться в кишечнике.

Экспрессия  генов в улучшенной бактерии основана на том, чем мышь питается

Для улучшения B. Thetaiotaomicron, ученые из МТИ объединили ряд исследовательских инструментов, ранее используемых для улучшения других бактерий, — включая промоторы, рыбосом-связывающие последовательности, переключатели памяти и CRISPR-интерференцию, — и ввели их в бактерию.

«Затем мы показали, что генетические устройства могут быть применены, у бактерий и показали функционирование на примере микрофлоры кишечника мыши», — сказал Тимоти К. Лу.

Объясняя, что значат эти результаты, Кристофер Фойгт говорит: «Кульминацией работы является не только то, что Вы имеете улучшенные бактерии, которые колонизируют кишечник мыши, но и то, что Вы можете управлять тем, какие гены в бактерии являются активными, основываясь на том, чем Вы кормите мышь. Это действительно что-то новое. Это позволит Вам контролировать то, что бактерия делает в том месте, где она находится».

Исследователи надеются переместить свою работу на человеческие испытания, но отмечают, что, в первую очередь, необходимо преодолеть некоторые барьеры. Например, в этом исследовании, мышам давали антибиотики перед тем, как их кишечник был колонизирован B. thetaiotaomicron.

Кроме того, ученые говорят, что им нужно продемонстрировать, что бактерии могут быть улучшены для выполнения более сложных функций, таких как способность отвечать на различные входящие сенсорные данные.

Исследователи говорят, что долгосрочная цель заключается в использовании кишечного сигнализирования для модификации генной экспрессии при помощи улучшенных бактерий, что могло бы предложить новые стратегии лечения для многочисленных заболеваний.

«Бактерии, которые живут в нас или на нас, влияют на человеческое здоровье в очень значительной степени. Существующие методы, которыми мы можем изменять микрофлору – прием антибиотиков или изменение диеты – относительно ограничены, — отмечает Тимоти К. Лу. – Мы надеемся с помощью этих инструментов правильно улучшить внутреннее взаимодействие между бактериями и человеком, чтобы иметь возможность решать некоторые серьезные связанные со здоровьем проблемы».