Gene editate cu succes ale bacteriilor intestinale la șoareci vii

O echipă de cercetare condusă de biologul sintetic Xavier Duportet, co-fondatorul companiei de biotehnologie Eligo Bioscience, a proiectat cu succes un instrument de editare genetică care poate modifica populația de bacterii din microbiota intestinală a șoarecilor vii.

Rezultatele experimentale inițiale au arătat că instrumentul a ajutat la modificarea genei țintă în mai mult de 90% din coloniile de Escherichia coli din intestinele șoarecilor vii. Escherichia coli este un tip de bacterie care trăiește în mod normal în intestinele oamenilor și animalelor. Se știe că majoritatea tulpinilor de E. coli provoacă diaree tranzitorie și ușoară sau unele infecții intestinale severe care duc la boli mai grave cu diaree, dureri abdominale și febră.

Mai multe studii anterioare au folosit sistemul de editare a genei CRISPR-Cas pentru a ucide bacteriile dăunătoare din intestinele șoarecilor. Dar Duportet și colegii săi au vrut să editeze genele bacteriilor din microbiomul intestinal fără a le ucide.

Pentru a face acest lucru, oamenii de știință au folosit o metodă de a schimba o bază nucleotidă cu alta - cum ar fi conversia unui A într-un G - fără a rupe dubla catena ADN-ului. Până în prezent, majoritatea metodelor existente nu reușesc să modifice suficient populația bacteriană țintă pentru a fi eficiente. Acest lucru se datorează faptului că vectorii au introdus doar receptori țintă găsiți în mod obișnuit în bacteriile cultivate în laborator.

Pentru a depăși acest obstacol, Duportet și colegii au conceput un vehicul de livrare care utilizează componente ale unui bacteriofag - un tip de virus care infectează bacteriile - pentru a transporta mai mulți receptori E. coli exprimați în mediul intestinal. Vectorul poartă un „instrument de bază de editare a genelor” care vizează anumite gene de E. coli. Echipa a îmbunătățit, de asemenea, sistemul pentru a preveni replicarea și răspândirea materialului genetic furnizat odată ce acesta este în interiorul bacteriilor.

Echipa a introdus instrumentul de bază de editare a genelor în șoareci și l-a folosit pentru a schimba un A într-un G într-o genă E. coli care produce β-lactamaza - o enzimă care face bacteriile rezistente la anumite antibiotice. La aproximativ opt ore după ce animalele au fost tratate, aproximativ 93% din bacteriile țintă au fost modificate genetic.

Cercetătorii au modificat apoi instrumentul de editare, astfel încât să poată modifica gena E. coli care produce o proteină despre care se crede că joacă un rol în unele boli neurodegenerative și autoimune. Procentul de bacterii modificate s-a situat în jurul a 70% în decurs de trei săptămâni de la tratarea șoarecilor. În laborator, oamenii de știință pot folosi instrumentul și pentru a edita tulpini de E. coli și Klebsiella pneumoniae care pot provoca infecții cu pneumonie. Acest lucru sugerează că sistemul de editare ar putea fi adaptat pentru a viza diferite tulpini și specii bacteriene.

Realizarea reprezintă un „salt major” în dezvoltarea instrumentelor care pot modifica bacteriile direct în interiorul intestinului, deschizând posibilitatea de a lupta împotriva bolilor, prevenind totodată răspândirea ADN-ului dăunător.

Următorul pas pentru Duportet și colegii săi este să dezvolte modele de șoarece ale bolilor induse de microbiom pentru a măsura dacă modificările specifice ale genelor au efecte benefice asupra sănătății lor.