จุลินทรีย์ผู้ออกแบบ: เครื่องมือที่ไม่น่าจะเป็นไปได้นี้สามารถต่อสู้กับโรคที่หายากได้อย่างไร

ยาเม็ดที่มีแบคทีเรียนับล้านที่พร้อมจะตั้งลำไส้ของคุณอาจเป็นฝันร้ายสำหรับคนจำนวนมาก แต่มันอาจกลายเป็นเครื่องมือใหม่ที่มีประสิทธิภาพสำหรับการต่อสู้กับโรค

ในโรคทางพันธุกรรมที่สืบทอดมาหลาย ๆ สายพันธุ์กลายพันธุ์หมายความว่าบุคคลไม่สามารถสร้างสารสำคัญที่จำเป็นสำหรับร่างกายของพวกเขาในการเติบโตพัฒนาหรือการทำงาน บางครั้งสิ่งนี้สามารถแก้ไขได้ด้วยสารทดแทนสังเคราะห์ - ยาเม็ด - ที่พวกเขาสามารถใช้เวลาทุกวันเพื่อแทนที่สิ่งที่ร่างกายของพวกเขาควรจะทำตามธรรมชาติ คนที่มีโรคทางพันธุกรรมที่หายากที่เรียกว่า phenylketonuria (PKU) ขาดเอนไซม์ที่จำเป็นต่อการทำลายโปรตีน ก็ไม่มีสารเคมีพิษสะสมในเลือดและอาจทำให้สมองเสียหายถาวร

ดูเพิ่มเติมที่:“ แบคทีเรียฝันร้าย”: สิ่งที่คุณต้องรู้เกี่ยวกับเชื้อโรคที่ดื้อยาปฏิชีวนะ

โชคดีที่การแก้ไขนั้นง่าย แพทย์รักษาโรคด้วยการให้คนไข้กินอาหารที่มีโปรตีนต่ำมากเป็นเวลานานตลอดชีวิต อันที่จริงเนื่องจากการแก้ไขนั้นง่ายมาก PKU เป็นโรคแรกที่ทารกแรกเกิดได้รับการตรวจอย่างสม่ำเสมอเริ่มต้นในปี 2504 โดยการวิเคราะห์เลือดหยดหนึ่งที่เก็บมาจากปลายเท้าของทารก

แต่ลองจินตนาการว่าการวัดทุกสิ่งที่คุณกินนั้นมีความท้าทายขนาดไหนในชีวิตของคุณ เพื่อรักษา PKU นักวิจัยกำลังสำรวจกลยุทธ์การรักษาใหม่ หนึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้เครื่องมือแก้ไขยีนเพื่อแก้ไขการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรม อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีในปัจจุบันยังคงมีความเสี่ยง มีโอกาสที่จะรบกวนยีนอื่นและก่อให้เกิดความเสียหายต่อผู้ป่วย

จะเกิดอะไรขึ้นถ้ามีใครสามารถแทนที่ยีนที่เสียหายโดยไม่กระทบต่อจีโนมของผู้ป่วย นั่นคือสิ่งที่นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ บริษัท เทคโนโลยีชีวภาพในแมสซาชูเซตส์ทำไว้ พวกเขาตัดสินใจว่าแทนที่จะเข้าไปแทรกแซงโดยตรงกับจีโนมของมนุษย์พวกเขาจะแนะนำยีนการรักษาโดยตรงกับแบคทีเรียที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่อยู่ในลำไส้ของมนุษย์ แบคทีเรียดัดแปลงพันธุกรรมเหล่านี้จะผลิตเอนไซม์ที่ผู้ป่วย PKU ขาดและแยกโปรตีนออกเป็นผลิตภัณฑ์ที่ไม่เป็นพิษ

ฉันเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ UCSD ที่ศึกษาชุมชนของจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในร่างกายของเราและสิ่งที่พวกเขาส่งผลกระทบต่อสุขภาพของเรา ตอนนี้เราเริ่มเข้าใจบทบาทที่พวกเขามีต่อเรา ขั้นตอนต่อไปคือการหาวิธีที่เราสามารถเปลี่ยนแปลงพวกเขาเพื่อปรับปรุงสุขภาพของเรา และการศึกษาของ Synlogic กำลังทำให้ความฝันนั้นใกล้เข้ามา

แบคทีเรียวิศวกรรมอาศัยอยู่ในอุทรของเรา

คุณอาจประหลาดใจที่รู้ว่าลำไส้ของเราอาศัยอยู่โดยแบคทีเรียหลายล้านล้านตัวที่ช่วยให้เราย่อยอาหารสร้างวิตามินให้เราและให้ความรู้ระบบภูมิคุ้มกันของเรา ชุมชนของจุลินทรีย์นี้คือจุลินทรีย์ของเรา พวกเขาช่วยกันรวบรวมยีนต่าง ๆ นับล้านในจีโนมของพวกเขามีจำนวนมากกว่ายีนมนุษย์ของเรา 150 ถึง 1 และเราสามารถใช้พวกเขาเพื่อประโยชน์ของเราเอง

Escherichia coli Nissle 1917 เป็นหนึ่งในจุลินทรีย์เหล่านั้นที่อาศัยอยู่ในพวกเราส่วนใหญ่และถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางว่าเป็นโปรไบโอติกมานานกว่าศตวรรษพิสูจน์ความปลอดภัย

นี่คือแบคทีเรียที่ Synlogic เลือกที่จะสร้างวิศวกรใหม่เพื่อการรักษาโรคที่เรียกว่า SYNB1618 สำหรับผู้ป่วย PKU

นักวิจัยแนะนำสามยีนที่เปิดใช้งาน SYNB1618 เพื่อเปลี่ยนหนึ่งในโครงสร้างของโปรตีนซึ่งเป็นกรดอะมิโนที่เรียกว่าฟีนิลอะลานีนไปเป็นสารประกอบที่ปลอดภัยคือฟีนิลปีรูทเวต ตราบใดที่ระดับฟีนิลอะลานีนยังคงอยู่ในระดับต่ำผู้ป่วย PKU จะไม่แสดงอาการใด ๆ และใช้ชีวิตตามปกติ

จีเอ็มแบคทีเรียปลอดภัยหรือไม่?

ฝ่ายตรงข้ามของสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมอาจคัดค้านการเพิ่มจุลินทรีย์ของนักออกแบบลงในความกล้าของเรา แต่เช่นเดียวกับที่ทำกับอาหารดัดแปลงพันธุกรรมมีกฎระเบียบที่เข้มงวดของ FDA ที่รับรองว่าจุลินทรีย์เหล่านี้ปลอดภัย

ในกรณีของ SYNB1618 นักวิจัยได้ลบยีนที่รับผิดชอบในการผลิตส่วนผสมที่จำเป็นสำหรับการสร้างแบคทีเรีย หากนักวิจัยไม่ได้เตรียมส่วนผสมที่ขาดหายไปสำหรับแบคทีเรียที่ได้รับการออกแบบมาพวกเขาจะไม่สามารถทำซ้ำและจะตายได้ เป็นวิธีสำหรับนักวิจัยในการควบคุม SYNB1618 ในร่างกายของผู้ป่วย

เมื่อพวกเขาทำการทดสอบจุลินทรีย์ในหนูพวกเขาค้นพบว่าหลังจาก 48 ชั่วโมงโดยปราศจากส่วนผสมที่สำคัญ SYNB1618 ก็หายไปจากความกล้า

นักวิจัยที่ Synlogic ยังใช้ความระมัดระวังอื่น ๆ เมื่อวิศวกรรม SYNB1618 และเลือกจุลินทรีย์ที่จะใช้สำหรับการบำบัด นอกเหนือจากยีนที่เพิ่มเข้ามาในกระบวนการฟีนิลอะลานีนแล้วแบคทีเรียที่ได้รับการออกแบบนั้นก็มียีนที่เหมือนกับยีนดั้งเดิม อี. โคไล Nissle 1917 ที่มีถิ่นกำเนิดในอุทรจึงมั่นใจในความปลอดภัย

มันใช้งานได้จริงเหรอ?

เมื่อนักวิจัยพิสูจน์แล้วว่าแบคทีเรียสามารถแปลงฟีนิลอะลานีนในห้องปฏิบัติการได้พวกเขาตัดสินใจที่จะจัดการแบคทีเรียให้กับหนูด้วย PKU ผลการวิจัยพบว่า SYNB1618 ฟีนิลอะลาลานีนลดการไหลเวียนในลำไส้ของสัตว์ซึ่งลดระดับเลือดของหนูที่ได้รับการรักษา

ดูเพิ่มเติมที่: การศึกษาชี้ให้เห็นแบคทีเรียโปรไบโอติกและ Superbugs สามารถผลิตกระแสไฟฟ้า

จากนั้นเตรียมพร้อมสำหรับการทดสอบในมนุษย์นักวิจัยได้ทดสอบ SYNB1618 บนลิงเพื่อรับรองความปลอดภัยและประสิทธิภาพในมนุษย์ ลิงที่มีสุขภาพดีที่ไม่มี PKU จะได้รับฟีนอลาลานินและได้รับปริมาณของจุลินทรีย์หลังจากนั้น แบคทีเรีย SYNB1618 ประสบความสำเร็จในการลดระดับเลือดฟีนิลอะลานีน - เช่นเดียวกับในหนู

Synlogic กำลังทดสอบ SYNB1618 ในมนุษย์ในการทดลองทางคลินิกระยะที่ 1

นี่คือขั้นตอนสู่แนวทางการรักษาแบบใหม่ที่มีศักยภาพที่ดีในการรักษาโรคของมนุษย์เช่นโรคเบาหวานและโรคมะเร็งและเพื่อตรวจสอบระดับการอักเสบในโรคลำไส้อักเสบ

เมื่อเราค้นพบและเข้าใจบทบาทของจุลินทรีย์ทั้งหมดที่อยู่ในร่างกายของเราฉันคาดหวังว่าเราจะระบุจุลินทรีย์ที่อาจเป็นยานพาหนะที่สมบูรณ์แบบสำหรับการรักษายีนต่าง ๆ ที่รักษาโรคมากขึ้นรวมถึงผู้ที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญและระบบประสาทส่วนกลาง

บทความนี้ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกใน The Conversation โดย Pedro Belda Ferre อ่านบทความต้นฉบับที่นี่