Успешно отредактировали гены кишечных бактерий у живых мышей

Исследовательская группа под руководством Ксавье Дюпорте, синтетического биолога и соучредителя биотехнологической компании Eligo Bioscience, успешно разработала инструмент для редактирования генов, который может изменять популяции бактерий в микробиоме кишечника живых мышей.

Первоначальные экспериментальные результаты показали, что этот инструмент помог модифицировать целевые гены в более чем 90% колоний Escherichia coli внутри кишечного тракта живых мышей. Escherichia coli — это тип бактерий, которые обычно обитают в кишечнике людей и животных. Известно, что большинство типов бактерий E. coli вызывают временную и преходящую диарею, а некоторые тяжелые кишечные инфекции приводят к более тяжелой болезни с диареей, болями в животе и лихорадкой.

В некоторых предыдущих исследованиях использовалась система редактирования генов CRISPR—Cas ​​для уничтожения вредных бактерий в кишечнике мышей. Но Дюпорте и его коллеги просто хотели отредактировать гены бактерий в микробиоме кишечника, не убивая их.

Для этого ученые использовали метод замены одного нуклеотидного основания на другое — например, преобразование A в G — без разрыва двойной цепи ДНК. На сегодняшний день большинство существующих методов не способны в достаточной степени модифицировать целевую популяцию бактерий, чтобы быть эффективными. Это связано с тем, что инъецируемые векторы нацелены только на целевые рецепторы, которые обычно встречаются у бактерий, выращенных в лабораторных условиях.

Чтобы преодолеть это препятствие, Дюпорте и его коллеги сконструировали средство доставки, которое использует компоненты бактериофага — типа вируса, который заражает бактерии — для того, чтобы содержать некоторые из рецепторов, которые E. coli экспрессирует в кишечной среде. Этот вектор несет «базовый инструмент редактирования генов», нацеленный на определенные гены E. coli. Команда также усовершенствовала систему, чтобы предотвратить репликацию и распространение предоставленного генетического материала, пока он находится внутри бактерий.

Команда ввела базовый инструмент редактирования генов мышам и использовала его для изменения A на G в гене E. coli, который производит β-лактамазу — фермент, способствующий устойчивости бактерий к определенным антибиотикам. Примерно через восемь часов после лечения животных около 93% целевых бактерий были генетически отредактированы.

Затем исследователи доработали инструмент редактирования так, чтобы он мог модифицировать ген E. coli для производства белка, который, как полагают, играет роль в некоторых нейродегенеративных и аутоиммунных заболеваниях. Процент отредактированных бактерий колебался около 70% в течение трех недель после лечения мышей. В лаборатории ученые также могут использовать инструмент для редактирования штаммов E. coli и Klebsiella pneumoniae, которые могут вызывать инфекции пневмонии. Это говорит о том, что систему редактирования можно адаптировать для работы с различными штаммами и видами бактерий.

Это достижение представляет собой «крупный скачок» в разработке инструментов, которые могут трансформировать бактерии непосредственно в кишечнике, открывая возможность бороться с болезнями, а также блокируя распространение вредоносной ДНК. орхидея.

Следующим шагом для Дюпорте и его коллег станет разработка мышиных моделей заболеваний, вызванных нарушением микробиома, чтобы оценить, оказывает ли редактирование конкретных генов благотворное влияние на их здоровье.

Дэвид Пак

Обновление 14 июля 2024 г.