Inženýrské jedlé bakterie

Probiotika, obor, který se snaží využívat jedlé bakterie ke zlepšení lidského zdraví, možná brzy projde metamorfózou. Studenti na MIT a Caltech používají techniky syntetické biologie k vytvoření bakterií, které bojují s dutinami, produkují vitamíny a léčí intoleranci laktózy. Mezinárodní geneticky upravené stroje (iGEM) soutěž na MIT. Nový výzkum by mohl vést k levnějšímu způsobu výroby léků nebo zlepšení stravy v rozvojovém světě.

Chyby ničící plak: Studenti z MIT vytvářejí bakterii Lactobacillus bulgaricus (zde zobrazen hnědě), který se nachází v jogurtu, aby se zabránilo vzniku dutin.

Syntetická biologie je snahou navrhnout a postavit nové organismy, které plní užitečné funkce. Mnoho výzkumů v této oblasti se soustředilo na použití bakterií jako továrny: jedním z jejích raných úspěchů byl vývoj mikrobů, které produkují léky na malárii. Jiný výzkum zkoumal cílené transportní prostředky, jako jsou mikroby zkonstruované tak, aby přivedly léky do konkrétní části těla. Ale nové projekty jsou pokusy zvýšit zdravotní přínosy jedlých bakterií.

Tyto projekty těží ze skutečnosti, že naše těla jsou již kolonizována miliardami bakterií. Pokud opravdu chcete použít bakterii na člověka, přemýšlejte o tom, kde přirozeně existují a přežívají v člověku, a přitom se stále snažte navrhnout nové funkce, říká Christina Smolke, syntetická bioložka z Caltech, která radí univerzitnímu týmu.

Naše ústa jsou například rájem pro bakterie, dobré i špatné. Bakterie, které žijí v zubním plaku, tzv Streptococcus mutans , živí se cukrem na našich zubech a následně vylučují kyseliny, které opotřebovávají zubní sklovinu a způsobují kazy. K vytvoření mikrobů bojujících s dutinami, tým MIT začal s peptidem – krátkým proteinovým segmentem – o kterém bylo dříve prokázáno, že zabraňuje ulpívání špatných bakterií na zubech. Tým vytvořil kus DNA obsahující jak gen, který tvoří peptid, tak gen pro molekulární signál, který způsobí, že ho bakterie vyloučí.

Dalším krokem bude vložení tohoto kousku DNA do Lactobacillus bulgaricus , mikrob běžný v jogurtech. Studenti to ještě neudělali, ale úspěšně vnesli do mikroba cizí DNA, která připraví mikroba pro další genetické inženýrství. Vzhledem k tomu je to samo o sobě působivý počin Lactobacillus bulgaricus není běžně používán v laboratoři, a proto vyžaduje vývoj nových experimentálních technik.

Pokud se podaří mikroba úspěšně vyrobit, konzumace jogurtu by jej uložila na zuby, kde by produkoval ochranný peptid. To by bylo pravděpodobně účinnější než antibakteriální, které zabíjí všechno, říká Chia-Yung Wu, postgraduální student biologie na MIT, který týmu radí. Zaměřuje se pouze na škodlivé věci. (Obvyklým problémem antibiotik je, že zabíjejí jak škodlivé, tak užitečné bakterie v ústech a střevech a ponechávají otevřenou krajinu pro kolonizaci špatných bakterií.)

Jedním z ústředních projektů v syntetické biologii je pokus vytvořit obrovský, veřejně přístupný seznam dílů, katalog genových sekvencí a funkcí výsledných proteinů. Tým MIT nemá v úmyslu vyvinout produkt pro komerční použití, ale biologické části, které vytvoří, by se jednoho dne mohly použít v jiných aplikacích – zvýšení nutriční hodnoty jogurtu, například pomocí bakterií, které produkují specifický typ vitaminu. . Tým, jehož součástí jsou studenti Sara Mouradian a Derek Ju, již uložil části, které vytvořil, do centrálního úložiště na MIT nazvaném Registr standardních biologických částí . Rozšíření registru je jedním z nejdůležitějších aspektů soutěže. Letos jsme každému týmu rozeslali 2 000 částí DNA a dostáváme zpět 1 500 nových částí, říká Randy Rettberg , ředitel iGEM a hlavní vědecký pracovník na MIT.

The Caltech tým zaměřené na mikroby ve střevě s cílem vytvořit mikrobiální řešení intolerance laktózy. Spíše než denní příjem vitamínu byste mohli vypít nějaké střevní mikroby a nechat se připravit na týden nebo měsíc nebo jak dlouho mikroby vydrží, říká Josh Michener, postgraduální student Caltech, který týmu radí.

Lidé, kteří tolerují mléčné výrobky, přirozeně vylučují laktázu, enzym, který štěpí laktózu, cukr v mléce. Produkty rozkladu, mezi které patří glukóza, se pak vstřebávají do krve z tenkého střeva. U lidí s intolerancí laktózy se cukr dostává do tlustého střeva, kde je nakonec metabolizován řetězcem bakterií. V tomto procesu mikrobi produkují plynný vodík a metan, což jsou viníci za obtížnými příznaky poruchy – nevolnost, nadýmání, plynatost a průjem.

K dispozici jsou pilulky s laktázou, které lidem pomáhají trávit mléčné výrobky, ale studenti Caltechu chtěli trvalejší řešení. Začali s napětím E-coli v Německu se často používá jako probiotikum. Kmen, nazvaný Nissle 1917, byl původně extrahován z vojáků v první světové válce, kteří byli imunní vůči extrémnímu gastrointestinálnímu viru, který se prohnal vojenským táborem, říká Michener.

Studenti přidali bakterii Nissle tři biologické části: gen, který produkuje enzym laktázu, receptor, který rozpoznává laktózu, a senzor, který při určité koncentraci laktózy způsobí otevření buňky. S tímto systémem by bakterie ve střevě neustále produkovaly laktázu. Když se receptory na vnějším povrchu bakterie navážou na dostatečné množství laktózy, spustí explozi buňky a uvolní laktázu do střeva, aby rozložila cukr. Studenti zatím vytvořili první dvě komponenty, ale mají problém navrhnout mikroby, aby se samy zničily správným způsobem. Tým také pracuje na jedlém mikrobu, který by produkoval folát, vitamín důležitý pro prevenci vrozených vad.

Oba týmy tento víkend představily svůj výzkum na soutěži iGEM na MIT spolu s více než 70 dalšími týmy z univerzit z celého světa. V minulých letech studenti vytvořili vše od bakteriálního fotografického filmu po banánově vonící bakterie a drobné krabičky vyrobené z DNA.

skrýt