Forskere har designet et genomredigeringsverktøy som kan kontrollere bakteriepopulasjonen i Tarmmikrobiom av levende mus 1.

Verktøyet – en slags «base editor» – endret målgenet i mer enn 90 % av tilfelleneEscherichia colikoloni i musetarmen uten at det modifiserte genet danner potensielt skadelige kopier av seg selv. "Vi drømte om å kunne gjøre dette," sier Xavier Duportet, en syntetisk biolog som var med å grunnlegge Eligo Bioscience, et bioteknologiselskap i Paris. Resultatene ble offentliggjort i dagNaturpublisert.

Flere forskerteam har forsøkt å gjøre genetiske endringer i tarmbakterier hos mus, men å oppnå dette i kroppen har vært utfordrende. 4, 3, 2. Så langt har baseredaktører som bytter ut en nukleotidbase med en annen – for eksempel å konvertere en A til en G – uten å bryte DNA-dobbeltstrengen ikke vært i stand til å modifisere nok av målbakteriepopulasjonen til å være effektive. Dette er fordi vektorene der de ble levert kun målrettet mot reseptorer som er vanlige i bakterier dyrket i laboratoriet.

Innovativt leveringssystem

For å overvinne disse hindringene, konstruerte Duportet og kollegene en leveringsbil ved å bruke komponenter av en bakteriofag - et virus som infiserer bakterier - for å målrette mot ulikeE.coli-Målreseptorer uttrykt i tarmmiljøet. Denne vektoren bar en baseeditor, den spesifikkeE.coli-gener målrettet. Forskerne foredlet også systemet for å forhindre at de redigerte genene replikeres og spres.

Teamet introduserte baseeditoren i mus og brukte den til å lage A iE.coli-Endre gen som produserer β-laktamaser – enzymer som fremmer bakteriell resistens mot ulike typer antibiotika. Omtrent åtte timer etter behandling ble rundt 93 % av de målrettede bakteriene redigert.

Forskerne tilpasset deretter baseeditoren slik at den ble enE.coli-Gen som produserer et protein som antas å spille en rolle i flere nevrodegenerative og autoimmune sykdommer. Andelen redigerte bakterier var rundt 70 % tre uker etter behandling. I laboratoriet kunne forskerne også bruke verktøyet til å identifisere stammer avE.coliogKlebsiella pneumoniaesom kan forårsake lungebetennelse. Dette tyder på at redigeringssystemet kan tilpasses ulike bakteriestammer og arter.

Dette basisredigeringssystemet representerer et "kritisk fremskritt" i utviklingen av verktøy som kan modifisere bakterier direkte i tarmen, sier Chase Beisel, en kjemisk ingeniør ved Helmholtz-instituttet for RNA-basert infeksjonsforskning i Würzburg, Tyskland. Studien "åpner muligheten for å redigere mikrober for å bekjempe sykdom og samtidig forhindre at det manipulerte DNAet sprer seg," legger han til.

Duportet og hans kollegers neste steg er å utvikle musemodeller med sykdommer forårsaket av mikrobiomet for å måle om spesifikke genredigeringer har en positiv innvirkning på helsen deres.