Ученые модифицировали одну из самых распространенных кишечных бактерий

Исследователи из MIT смогли модифицировать одну из самых распространенных бактерий человеческого кишечника, Bacteroides thetaiotaomicron, и успешно ввести ее обратно в кишечный тракт мыши. Работа, опубликованная 9 июля в новом журнале Cell Systems, — это отправная точка для создания микробов, которые в будущем смогут доставлять лекарства или обнаруживать долгосрочные изменения в кишечнике, ведущие к воспалительным заболеваниям кишечника.

Идея биоинженерии бактерий для терапевтических целей не нова, но не все бактерии подходят для одних и тех же задач. В отличие от ранее использовавшейся E. coli, которая не присутствует в кишечнике в больших количествах, Bacteroides thetaiotaomicron является комменсальной бактерией. Это означает, что у нее стабильные, долгосрочные взаимодействия с клетками человека и другими микробами в кишечнике, что позволяет модифицированной бактерии и ее потомству задерживаться там надолго.

Группа под руководством синтетических биологов Тимоти К. Лу и Кристофера Войгта из MIT адаптировала для Bacteroides существующие генетические инструменты: промоторы, рибосом-связывающие последовательности, переключатели памяти и систему CRISPR-интерференции.

«Мы показали, что генетические устройства могут быть реализованы в бактерии и функционировать в контексте микробиома кишечника мыши», — говорит Тимоти Лу, старший автор исследования.

Ключевым достижением стало внешнее управление активностью генов бактерии в кишечнике мыши. «Вы можете включать определенные гены в бактерии в зависимости от того, чем вы кормите мышь. Это позволяет контролировать, что делает бактерия, прямо на месте ее работы», — добавляет Кристофер Войгт.

Перед переходом к исследованиям на людях предстоит решить несколько задач. Например, для заселения кишечника мыши Bacteroides сначала требовалось давать животным антибиотики. Также необходимо доказать, что бактерию можно запрограммировать на более сложное поведение, например, реакцию на множество сенсорных сигналов. Конечная цель — создать микробы, способные изменять экспрессию генов в ответ на сигналы внутри кишечника.

Исследователи планируют добавить свой набор инструментов в некоммерческий репозиторий генетических материалов Addgene, чтобы другие ученые могли развивать эту работу.

«Существующие методы воздействия на микробиом — прием антибиотиков или изменение диеты — относительно ограничены. Мы надеемся, что с помощью этих инструментов для точного конструирования взаимодействия между бактериями и человеком мы сможем решить некоторые серьезные проблемы, связанные со здоровьем», — говорит Тимоти Лу.