Pomyślnie edytowano geny bakterii jelitowych u żywych myszy

Zespół badawczy pod kierownictwem biologa syntetycznego Xaviera Duporteta, współzałożyciela firmy biotechnologicznej Eligo Bioscience, opracował narzędzie do edycji genów, które pozwala modyfikować populację bakterii w mikrobiomie jelitowym żywych myszy.

Wstępne wyniki eksperymentów wykazały, że narzędzie to pomogło zmodyfikować gen docelowy w ponad 90% kolonii Escherichia coli w jelitach żywych myszy. Escherichia coli to rodzaj bakterii, która normalnie bytuje w jelitach ludzi i zwierząt. Wiadomo, że większość szczepów E. coli wywołuje przemijającą i łagodną biegunkę lub ciężkie zakażenia jelitowe prowadzące do poważniejszej choroby z biegunką, bólem brzucha i gorączką.

W kilku wcześniejszych badaniach wykorzystano system edycji genów CRISPR—Cas ​​do zabijania szkodliwych bakterii w jelitach myszy. Jednak Duportet i współpracownicy chcieli edytować geny bakterii w mikrobiomie jelitowym, nie zabijając ich.

Aby to zrobić, naukowcy zastosowali metodę polegającą na zamianie jednej zasady nukleotydowej na inną — na przykład zamieniając A na G — bez przerywania podwójnego łańcucha DNA. Do tej pory większość istniejących metod nie była w stanie w wystarczającym stopniu zmodyfikować docelowej populacji bakterii, aby były skuteczne. Dzieje się tak, ponieważ wektory wprowadzają jedynie receptory docelowe powszechnie występujące w bakteriach hodowanych w laboratorium.

Aby pokonać tę przeszkodę, Duportet i jego współpracownicy opracowali pojazd dostawczy, który wykorzystuje składniki bakteriofaga — rodzaju wirusa infekującego bakterie — do przenoszenia kilku receptorów E. coli obecnych w środowisku jelitowym. Wektor zawiera „podstawowe narzędzie do edycji genów”, które atakuje określone geny E. coli. Zespół udoskonalił również system, aby zapobiec replikacji i rozprzestrzenianiu się dostarczonego materiału genetycznego po przedostaniu się do bakterii.

Zespół wprowadził podstawowe narzędzie do edycji genów do myszy i użył go do zmiany A na G w genie E. coli, który produkuje β-laktamazę — enzym, który sprawia, że ​​bakterie stają się oporne na niektóre antybiotyki. Około osiem godzin po podaniu leku zwierzętom dokonano edycji genetycznej około 93% bakterii docelowych.

Następnie naukowcy udoskonalili narzędzie do edycji, tak aby mogło ono modyfikować gen E. coli, który wytwarza białko uważane za odgrywające rolę w niektórych chorobach neurodegeneracyjnych i autoimmunologicznych. Odsetek edytowanych bakterii utrzymywał się na poziomie około 70% w ciągu trzech tygodni od rozpoczęcia leczenia myszy. W laboratorium naukowcy mogą również używać tego narzędzia do edycji szczepów E. coli i Klebsiella pneumoniae, które mogą wywoływać zapalenie płuc. Sugeruje to, że system edycji można dostosować do różnych szczepów i gatunków bakterii.

Osiągnięcie to stanowi „istotny krok” w opracowywaniu narzędzi, które mogą modyfikować bakterie bezpośrednio w jelitach, otwierając możliwość walki z chorobami, a jednocześnie zapobiegając rozprzestrzenianiu się szkodliwego DNA.

Kolejnym krokiem dla Duporteta i współpracowników będzie opracowanie mysich modeli chorób wywoływanych przez mikrobiom, aby sprawdzić, czy konkretne edycje genów mają korzystny wpływ na ich zdrowie.