Микробиом кишечника впервые генетически отредактирован у живых мышей
Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) впервые успешно отредактировали геном бактерий в микробиоме кишечника живых мышей. Вирусы, охотящиеся за бактериями, были изменены системой редактирования генов CRISPR, что является прорывом, который может помочь управлять соотношением между различными видами бактерий для лечения ряда проблем со здоровьем.
Каждый человек носит в кишечнике огромное сообщество микроорганизмов. Этот микробиом кишечника неразрывно связан со здоровьем, причем только со здоровьем пищеварительной системы, как можно было бы ожидать. Недавние исследования показали, что микробиом кишечника может играть роль в возникновении аутоиммунных заболеваний, диабета, рака, сердечно-сосудистых заболеваний, болезни Паркинсона, Альцгеймера, рассеянного склероза и даже депрессии.
Баланс этой хрупкой экосистемы может быть нарушен диетой, антибиотиками и многими другими факторами, и его бывает трудно исправить. Пробиотики и трансплантация фекалий могут помочь, но они не всегда эффективны и могут не иметь желаемого эффекта.
В рамках нового исследования ученые UCSF изучали, как редактирование генов кишечных бактерий может помочь восстановить баланс микробиома. Важным отличием будет разработка методов лечения, нацеленных на определенные штаммы бактерий, не затрагивая другие, которые могут быть полезны.
«Мы продемонстрировали первое стабильное изменение гена в микробиоме кишечника млекопитающего», — говорит Питер Тернбо, автор исследования. «Это отправная точка для создания бактерий в кишечнике».
Кишечная палочка — один из наиболее распространенных обитателей нашего кишечника, с штаммами, которые полезны для нас и с другими, которые могут вызвать такие болезни, как пищевое отравление. В ходе испытаний на мышах команда ученых разработала бактериофаг под названием M13 – вирус, который специально выслеживает кишечную палочку, – чтобы избирательно сосредоточиться на одном ее штамме. Когда вирус закрепляется, он доставляет CRISPR-Cas9 целевым бактериям, удаляя хромосомы.
Ученые вводили M13 мышам перорально и отслеживала изменения микробиома, анализируя фекалии животных. До начала лечения целевой штамм преобладал в их кишечнике, но через две недели он составлял всего один процент популяции.
Исследователи говорят, что этот метод в конечном итоге может быть использован для изменения состава микробиома, чтобы помочь исправить дисбаланс, который может вызвать проблемы со здоровьем. Но, конечно, это цель, до которой еще далеко, учитывая всю сложность микробиома. Впереди еще много работы, в том числе поиск других бактериофагов, которые могут нацеливаться на разные бактерии.
«Мечта состоит в том, чтобы вы могли просто выбрать, какие конкретные штаммы в вашем кишечнике — или даже отдельные гены — вы хотите продвигать или уничтожать», — говорят ученые. «Мы действительно взволнованы тем, насколько далеко мы смогли продвинуть это в отношении кишечной палочки. Надеюсь, это приведет к созданию аналогичных инструментов для других представителей кишечной микробиоты».
Исследование было опубликовано в журнале Cell Reports.