Перепрограммированные дрожжевые клетки повышают точность доставки лекарств

Исследователи из Медицинской школы Йонг Лу Лин (NUS Medicine) разработали новый способ генной инженерии дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) для создания микробных сообществ, способных выполнять сложные задачи и саморегулировать свой состав в ответ на внешние сигналы.

Перепрограммировав механизм смены типов клеток, команда создала кооперативные группы микроорганизмов, которые могут выполнять сложные задачи и автономно регулировать свой состав на основе внешних сигналов. Эти инженерные дрожжевые клетки потенциально могут преобразовать персонализированную медицину, доставляя адаптивные методы лечения, которые подстраиваются под состояние пациента в реальном времени.

Этот подход может привести к созданию более эффективных методов лечения с меньшими побочными эффектами, открывая путь для значительного прогресса в медицине, а также повышая эффективность, устойчивость и масштабируемость биотехнологических приложений. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Традиционная микробная биотехнология фокусировалась на одноклеточных организмах, что ограничивало их способность выполнять сложные задачи. Команда NUS Medicine перепрограммировала дрожжевые клетки, чтобы они имитировали естественные экосистемы, что позволило им делиться на два специализированных типа, работающих вместе синергетически. Эти синтетические микробные сообщества могут автономно корректировать состав своей популяции в ответ на стимулы окружающей среды, что делает их идеальными для задач в области прецизионной медицины или терапевтических применений в кишечнике человека.

Дрожжевые клетки действуют как микроскопические фабрики, способные производить терапевтические соединения или расщеплять сложные вещества на более простые, пригодные для использования формы. Динамически реагируя на биомаркеры заболеваний — малые молекулы, которые накапливаются в организме во время болезни — дрожжи корректируют свою структуру и активность, чтобы доставлять именно необходимое количество терапевтических соединений. Такое «умное» программирование гарантирует, что дрожжи производят только то, что нужно, снижая отходы и повышая точность.

«Эти искусственно созданные "умные" дрожжи могут революционизировать контроль над микробными сообществами для целей здравоохранения. Поскольку сообщества могут независимо разделяться на разные типы клеток, которые работают вместе, это позволяет им распределять задачи и разделять нагрузку, снижая стресс для клеток», — сказал руководитель исследовательской группы доцент Мэтью Чанг, директор программы трансляционных исследований в области синтетической биологии NUS Medicine и NUS Synthetic Biology for Clinical and Technological Innovation.

«Например, в кишечнике эти дрожжевые клетки могут регулировать свой баланс и активность на основе сигналов здоровья, таких как биомаркеры заболеваний, без необходимости ручной настройки. Этот подход снижает нагрузку на клетки и позволяет точно производить полезные соединения, что полезно для гибкой, целенаправленной терапии и, таким образом, потенциально снижает побочные эффекты и повышает эффективность лечения».

Исследовательская группа сейчас совершенствует свои результаты, уделяя особое внимание оптимизации того, как дрожжевые сообщества адаптируют свои действия в ответ на различные биомаркеры заболеваний. Затем они изучат эффективность использования этой автономной системы для производства полезных для здоровья молекул для лечения конкретных заболеваний.