Пробиотические бактерии могут диагностировать, предотвращать и лечить инфекции

Инженеры MIT разработали пробиотическую смесь из натуральных и модифицированных бактерий для диагностики и лечения холеры — кишечной инфекции, вызывающей сильное обезвоживание.

Вспышки холеры обычно вызваны загрязненной питьевой водой, и инфекции могут стать смертельными без лечения. Наиболее распространенное лечение — регидратация, которую необходимо проводить внутривенно при сильном обезвоживании. Однако внутривенное лечение не всегда доступно, и болезнь ежегодно убивает около 95 000 человек.

Новая пробиотическая смесь команды MIT может потребляться регулярно в качестве профилактической меры в регионах, где холера распространена, или использоваться для лечения людей вскоре после заражения.

Целью было использовать синтетическую биологию для разработки недорогого средства обнаружения, диагностики, подавления и лечения холерных инфекций.

Обнаружение и лечение

Для создания «живой диагностики» холеры исследователи выбрали штамм бактерий Lactococcus lactis, безопасный для человека и используемый при производстве сыра и пахты.

В эту бактерию был встроен генетический контур, обнаруживающий молекулу CAI-1, продуцируемую микробом Vibrio cholerae, вызывающим холеру. При встрече с CAI-1 у модифицированного L. lactis запускается сигнальный каскад, активирующий фермент бета-лактамазу. Этот фермент производит красный цвет, который можно обнаружить при анализе образцов стула. Сейчас этот процесс занимает несколько часов, но исследователи надеются его сократить.

Исследователи также обнаружили, что немодифицированный L. lactis может убивать холерные микробы, производя молочную кислоту — естественный побочный продукт их метаболизма. Молочная кислота подкисляет среду желудочно-кишечного тракта, подавляя рост V. cholerae.

Модифицированная версия L. lactis не производит достаточно молочной кислоты, поэтому исследователи объединили модифицированные бактерии с немодифицированными, создав пробиотическую смесь, способную как обнаруживать, так и лечить холеру. В тестах на мышах эта смесь успешно предотвращала развитие холерных инфекций и лечила уже существующие.

Альтернатива антибиотикам

Пробиотик, который можно включить в таблетку или йогуртообразный напиток, может использоваться как для профилактики, так и для лечения начавшихся инфекций. Возможность легко диагностировать холеру также может помочь органам здравоохранения раньше обнаруживать вспышки и отслеживать распространение болезни.

Эта работа позволяет рассматривать прямое использование пробиотиков в сочетании с их модифицированными формами для наблюдения и профилактики холеры. Кроме того, её общий подход «почувствуй и ответь» можно использовать для разработки различных диетических профилактических стратегий против других заразных инфекционных заболеваний.

Команда MIT теперь исследует возможность использования этого подхода для борьбы с другими микробами, такими как Clostridium difficile и бактерии рода энтерококков.

Возникает интерес к использованию пробиотиков для лечения болезней, во многом из-за растущего признания роли микробиома в здоровье и болезнях, а также острой необходимости найти альтернативы антибиотикам.