Designer mikrober: Hvordan dette usandsynlige værktøj kan bekæmpe sjælden sygdom

En pille, der indeholder millioner af bakterier, der er klar til at kolonisere din tarme, kan være et mareridt for mange. Men det kan blive et effektivt nyt værktøj til bekæmpelse af sygdom.

I mange arvelige genetiske sygdomme betyder et muteret gen, at en person ikke kan gøre et vitalt stof nødvendigt for deres krop til at vokse, udvikle eller fungere. Nogle gange kan det løses med en syntetisk erstatning - en pille - at de kan tage dagligt for at erstatte, hvad deres krop burde have lavet naturligt. Personer med en sjælden genetisk sygdom kaldet phenylketonuri (PKU) mangler et enzym, der er afgørende for nedbrydning af protein. Uden det opstår giftige kemikalier i blodet og kan forårsage permanent hjerneskade.

Se også: "Nightmare Bacteria": Hvad du behøver at vide om antibiotikaresistente bakterier

Heldigvis er rettelsen let. Læger behandler sygdommen ved at lægge deres patienter på en super lavprotein kost for resten af ​​deres liv. Faktisk, fordi fikseringen var så simpel, var PKU den første lidelse, for hvilken nyfødte børn blev rutinemæssigt screenet, begyndende i 1961 ved at analysere en dråbe blod opsamlet fra en prik på babyens hæl.

Men forestil dig, hvor udfordrende det kan være at måle alt, hvad du spiser i hele dit liv. For at helbrede PKU undersøger forskere for øjeblikket nye behandlingsstrategier. Den ene indebærer at bruge genredigeringsværktøjer til at korrigere genetiske mutationer. Den nuværende teknologi er dog stadig risikabel; der er en chance for at forstyrre andre gener og forårsage skade på patienterne.

Hvad hvis man kunne erstatte det ødelagte gen uden at påvirke patientens genom? Det er præcis, hvad forskere på Cambridge, Massachusetts-baserede biotekvirksomhed Synlogic har gjort. De besluttede at i stedet for at blande sig direkte med det menneskelige genom, ville de introducere de terapeutiske gener direkte ind i de naturligt forekommende bakterier, der ligger i den menneskelige tarm. Disse genetisk modificerede bakterier producerer så de enzymer, som PKU-patienter manglede og nedbryder proteinerne i ikke-toksiske produkter.

Jeg er en postdoktorale forsker ved UCSD, der studerer mikrobernes samfund, der lever i vores kroppe, og hvordan de påvirker vores helbred. Nu begynder vi at forstå den rolle, de spiller for at bevare os sunde. Det næste skridt er at finde ud af, hvordan vi kan ændre dem for at forbedre vores sundhed. Og Synlogics undersøgelse bringer den drøm et skridt nærmere.

Ingeniørbakterier, der bor i vores tarm

Du kan blive overrasket over at lære, at vores tarm er beboet af billioner af bakterier, som hjælper os med at fordøje mad, producere vitaminer til os og uddanne vores immunsystem. Dette mikrobesamfund er vores mikrobiom. Sammen havner de millioner af forskellige gener i deres genomer, der overskrider vores menneskelige gener 150-1, og vi kan bruge dem til vor egen fordel.

Escherichia coli Nissle 1917 er en af ​​de mikrober, der lever i de fleste af os, og har været meget udbredt som probiotisk i over et århundrede og beviser dets sikkerhed.

Dette er den bakterie, som Synlogic valgte at konstruere til at skabe en ny terapeutisk "superbakterier" kaldet SYNB1618 for PKU-patienter.

Forskerne introducerede tre gener, der gør det muligt for SYNB1618 at transformere en af ​​byggestenene af protein, en aminosyre kaldet phenylalanin, ind i den sikre forbindelse, phenylpyruvat. Så længe niveauet af phenylalanin holdes lavt, viser PKU-patienter ikke nogen symptomer og lever normale liv.

Er GM bakterier sikre?

Modstandere af genetisk modificerede organismer kan modsætte sig at tilføre designermikrober i vores tarm. Men ligesom de gør med genetisk modificerede fødevarer, er der strenge FDA-regler, der sikrer, at disse mikrober er sikre.

I tilfælde af SYNB1618 slettet forskerne et gen, der var ansvarlig for at producere en væsentlig ingrediens til opbygningen af ​​bakterierne. Hvis forskerne ikke leverer den manglende ingrediens for de manipulerede bakterier, kan de ikke replikere og dø. Det er en måde for forskere at kontrollere SYNB1618 i patientens krop.

Da de testede mikroberne i mus, opdagede de, at efter 48 timer uden den afgørende ingrediens, var SYNB1618 forsvundet fra deres tarm.

Forskerne ved Synlogic tog også andre forholdsregler ved konstruktion SYNB1618 og valgte hvilke mikrober der skal bruges til terapi. Udover de gener, der er tilsat for at behandle phenylalanin, indeholder de manipulerede bakterier nøjagtigt de samme gener som originalen E coli Nissle 1917, der er indfødt i tarmen, sikrer dens sikkerhed.

Fungerer det virkelig?

Når forskerne viste at bakterierne kunne konvertere phenylalanin i laboratoriet, besluttede de at administrere bakterierne til mus med PKU. Resultaterne viste, at SYNB1618 nedbrudt phenylalanin cirkulerer i dyrens tarme, hvilket sænkede niveauerne i blodet af de behandlede mus.

Se også: Studie foreslår probiotiske bakterier og superbugs kan producere elektricitet

Derefter afprøvede forskere SYNB1618 på aber for at sikre sikkerhed og effekt hos mennesker. Friske aber uden PKU blev fodret med phenylalanin og fik derefter en dosis mikrober. SYNB1618-bakterierne reducerede succesfuldt phenylalaninblodniveauerne - ligesom de gjorde i musen.

Synlogic tester for tiden SYNB1618 hos mennesker i et fase 1 klinisk forsøg.

Dette er et skridt i retning af en ny terapeutisk tilgang, der giver stort potentiale til behandling af menneskelige sygdomme som diabetes og kræft og overvågning af inflammationsniveauer i inflammatoriske tarmsygdomme.

Når vi opdager og forstår rollen som alle mikrober, der befinder sig i vores kroppe, forventer jeg, at vi vil identificere mikrober, der kan være de perfekte køretøjer til at transportere forskellige genterapier, der behandler endnu flere sygdomme, herunder dem, der involverer metabolisme og centralnervesystemet.

Denne artikel blev oprindeligt udgivet på The Conversation af Pedro Belda Ferre. Læs den oprindelige artikel her.