Редактор кишечной микрофлоры
Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско во главе с Питером Тернбо успешно использовали систему редактирования ДНК для изменения генома бактерий, живущих в кишечнике млекопитающих, способствуя лучшему пониманию микробиома. В конечном итоге это может привести к разработке новых методов лечения заболеваний кишечника.
В настоящее время исследователи имеют крайне ограниченные возможности для изменения микробиома. Например, пищевую токсикоинфекцию можно лечить антибиотиками широкого спектра действия, но такие лекарства уничтожают непатогенных («хороших») микробов наряду с возбудителями. Фекальная трансплантация также не оправдывает ожиданий, так как не дает уверенности в том, что вводимый здоровый микробиом сможет вытеснить существующие бактериальные сообщества в кишечнике реципиента, а это означает, что лечение не всегда бывает успешным.
Умение изменять ДНК микроорганизмов, уже находящихся в кишечнике, позволит изучать микробиом более контролируемым образом, чем это было возможно раньше.
Исследование Тернбо было проведено на кишечной палочке – бактерии, которая естественным образом встречается в кишечнике, но имеет «сомнительную» репутацию, поскольку определенные штаммы могут вызвать пищевую токсикоинфекцию. Одним из полезных применений прицельного редактирования генов в микробиоме кишечника было бы нацеливание на патогенные штаммы E.coli, оставляя при этом полезные нетронутыми.
В экспериментах на мышах система была проверена на штамме кишечной палочки, помеченном флюоресцеином. В качестве носителя инструментов для CRISPR-Cas9 был использован бактериофаг (вирус, поражающий бактерии) M13. Он внедряется в ядра клеток определенного штамма E.coli, и удаляет сегменты ДНК. После редактирования генов целевые бактерии стали быстро исчезать. Через две недели они составили всего один процент от наблюдаемой популяции клеток.
Фаг M13, выступающий в роли носителя генетических ножниц, обычно плохо выживает в органах пищеварительной системы. Чтобы решить эту проблему, Тернбо и его коллеги встроили ген устойчивости к антибиотикам в ДНК, который M13 доставлял бы инфицированным клеткам, позволяя вирусу – и системе CRISPR-Cas9, которую он нес, – распространяться легче.
Тернбо предполагает, что редактирование генов бактерий непосредственно в кишечнике когда-нибудь может быть использовано для стимулирования роста «хороших» штаммов. Например, если бы исследователи изменили определенные штаммы так, чтобы они питались редкими питательными веществами, человек мог бы получить некоторый контроль над набором микробов, процветающих в его кишечнике, просто добавив в свой рацион продукты, содержащие эти питательные вещества.
Статья K.N.Lam et al. Phage-delivered CRISPR-Cas9 for strain-specific depletion and genomic deletions in the gut microbiome опубликована в журнале Cell Reports.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам UCSF: Infecting Gut Microbes with CRISPR-loaded Virus Demonstrates Potential for Microbiome Gene Editing.