Бактерии кишечника превратили в микроскопические фабрики белков

В будущем один из сотен видов микробов, живущих в кишечнике, может получить новую функцию: стать микроскопическим "домашним фармацевтом".

Новое исследование, опубликованное 18 февраля в Nature Biotechnology, показывает, как можно заставить кишечные бактерии производить и высвобождать белки в нижних отделах желудочно-кишечного тракта. Это устраняет серьёзное препятствие для доставки лекарств в эту часть тела.

Пероральный приём — самый распространённый и практичный способ введения лекарств, но желудок мало что пропускает без изменений. Это хорошо для защиты от патогенов, но терапии, нацеленные на кишечник, часто деактивируются и выводятся.

В качестве беспрецедентного решения команда биолога Брайана Хсу модифицировала бактериофаги — вирусы, поедающие бактерии. Их заставили инфицировать бактериальные клетки и перепрограммировать их на производство и высвобождение постоянного потока белкового препарата.

В сотрудничестве с иммунологом Ливу Ли исследовательская группа Хсу показала, что этот подход потенциально можно использовать для лечения хронических заболеваний.

Как работают "инопланетные пауки"

Бактериофаги — это вирусы, которые естественным образом заражают бактерии. После прикрепления к бактериальной клетке фаги вводят свою ДНК и перепрограммируют клетку на производство новых фагов. Когда клетка в конце концов погибает, она взрывается, выпуская поток новых фагов в процессе, называемом лизисом. Миллионы таких событий, происходящих одновременно, создают постоянный запас целевого белка в нижнем отделе кишечника.

Именно повсеместность фагов в микробиоме кишечника побудила Хсу исследовать возможность их использования для доставки терапевтических белков.

Докторант лаборатории Хсу Закари Бейкер создал специальные фаги, которые вводят в бактериальную клетку дополнительный генетический материал. Помимо инструкций по созданию новых фагов, клетка получает команду производить "попутный" белок, который может быть использован для целевой терапии в нижних отделах кишечника.

Созданные белки уменьшили воспаление и ожирение у мышей

Чтобы доказать эффективность метода, Бейкер и доцент-исследователь Яо Чжан успешно применили эти модифицированные фаги для борьбы с симптомами двух разных заболеваний у мышей:

• Снизили воспаление, высвобождая белок, который ингибировал фермент, связанный с воспалительным заболеванием кишечника.
• Снизили ожирение, высвобождая белок, который вызывал чувство сытости у мышей, получавших диету с высоким содержанием жиров, типичную для западного рациона.

Эти результаты продемонстрировали работоспособность концепции нового метода доставки лекарств. Команда сейчас изучает коммерческий потенциал инновации через программу NSF I-Corps и Fralin Commercialization Fellowship.

Однако проблема доставки лекарств имеет как минимум две части. Следующая задача Хсу — обеспечить всасывание препаратов из кишечника в системный кровоток.

"Это как будто мы Amazon. Мы доставили товар и оставили его на пороге, — сказал Хсу. — Теперь нужно понять, как позвонить в дверной звонок".