Успешно отредактированы гены кишечных бактерий у живых мышей

Исследовательская группа под руководством синтетического биолога Ксавье Дюпорте, соучредителя биотехнологической компании Eligo Bioscience, успешно разработала инструмент для редактирования генов, который может изменять популяцию бактерий в микробиоте кишечника живых мышей.

Первоначальные экспериментальные результаты показали, что инструмент помог модифицировать целевой ген в более чем 90% колоний Escherichia coli в кишечнике живых мышей. Escherichia coli — это тип бактерий, которые обычно обитают в кишечнике человека и животных. Известно, что большинство штаммов E. coli вызывают кратковременную и легкую диарею или некоторые тяжелые кишечные инфекции, которые приводят к более серьезным заболеваниям с диареей, болями в животе и лихорадкой.

В нескольких предыдущих исследованиях система редактирования генов CRISPR—Cas ​​использовалась для уничтожения вредных бактерий в кишечнике мышей. Но Дюпорте и его коллеги хотели отредактировать гены бактерий в микробиоме кишечника, не убивая их.

Для этого ученые использовали метод замены одного нуклеотидного основания на другое — например, преобразование A в G — без разрыва двойной цепи ДНК. На сегодняшний день большинство существующих методов не способны в достаточной степени модифицировать целевую популяцию бактерий, чтобы обеспечить эффективность. Это связано с тем, что векторы вводят только целевые рецепторы, обычно встречающиеся у бактерий, выращенных в лабораторных условиях.

Чтобы преодолеть это препятствие, Дюпорте и его коллеги разработали средство доставки, которое использует компоненты бактериофага — типа вируса, поражающего бактерии, — для переноса нескольких рецепторов E. coli, экспрессируемых в кишечной среде. Вектор несет в себе «базовый инструмент редактирования генов», нацеленный на определенные гены E. coli. Команда также усовершенствовала систему, чтобы предотвратить репликацию и распространение полученного генетического материала после того, как он окажется внутри бактерий.

Команда внедрила базовый инструмент для редактирования генов в организм мышей и использовала его для замены A на G в гене E. coli, который вырабатывает β-лактамазу — фермент, который делает бактерии устойчивыми к определенным антибиотикам. Примерно через восемь часов после обработки животных гены около 93% целевых бактерий были отредактированы.

Затем исследователи доработали инструмент редактирования таким образом, чтобы он мог модифицировать ген E. coli, который вырабатывает белок, предположительно играющий роль в некоторых нейродегенеративных и аутоиммунных заболеваниях. Процент отредактированных бактерий колебался около 70% в течение трех недель после лечения мышей. В лаборатории ученые также могут использовать этот инструмент для редактирования штаммов E. coli и Klebsiella pneumoniae, которые могут вызывать пневмонию. Это говорит о том, что систему редактирования можно адаптировать для работы с различными штаммами и видами бактерий.

Это достижение представляет собой «крупный скачок» в разработке инструментов, которые могут модифицировать бактерии непосредственно в кишечнике, открывая возможность борьбы с болезнями, а также предотвращая распространение вредоносной ДНК.

Следующим шагом для Дюпорте и его коллег станет разработка мышиных моделей заболеваний, вызванных микробиомом, чтобы оценить, оказывают ли определенные изменения генов благотворное влияние на их здоровье.