مهندسی ژنتیک باکتریها
مهندسی ژنتیک باکتری ها در حقیقت وسیله ای ست که توسط آن محققان در تلاشند تا بتوانند با تغییر ویژگی باکتریها و یا ایجاد ویژگی های جدید برای آنها و درنهایت بکارگیری این باکتری ها با ویژگی های متفاوت یا جدید زندگی را برای بشریت بهتر کنند. در این خبر قصد داریم به بررسی کامل تحقیقات صورت گرفته در زمینه مهندسی یک شنل نامرئی برای باکتری ها بپردازیم.
خلاصه خبر
محققان یک سیستم محصورسازی میکروبی برای باکتریهای درمانی مهندسی ژنتیکی کرده‌اند که می‌تواند آنها را از سیستم ایمنی مخفی کند و آنها را قادر می‌سازد تا به طور مؤثرتری به تومورها برسند و سلول‌های سرطانی را در موش از بین ببرند.
تال دانینو، دانشیار مهندسی بیومدیکال، که با همکاری کام لئونگ، پروفسور ساموئل اچ شنگ، پروفسور مهندسی بیومدیکال، سرپرستی این مطالعه را برعهده داشت، گفت: «چیزی که در مورد این کار واقعاً هیجان‌انگیز است این است که ما می‌توانیم سیستم را به صورت پویا کنترل کنیم.» ما می‌توانیم زمان زنده ماندن باکتریها در خون انسان را تنظیم کنیم و حداکثر دوز قابل تحمل باکتری را افزایش دهیم. همچنین نشان دادیم که سیستم ما یک استراتژی انتقال باکتری جدید را ایجاد می‌کند که در آن می‌توانیم باکتریها را به یک تومور در دسترس تزریق کنیم و آنها را به طور کنترل‌شده به سمت آن تومور حرکت دهیم، به تومورهای دیستال مانند متاستازها (سلول های سرطانی که به سایر قسمت های بدن گسترش می یابند).
برای این تحقیق و مطالعه ای که توسط Nature Biotechnology منتشر شد، محققان تصمیم گرفتند بر روی پلی ساکاریدهای کپسولی (CAP)، پلیمرهای قندی که سطوح باکتری ها را می پوشانند، تمرکز کنند. در طبیعت، CAP به بسیاری از باکتری ها کمک می کند تا از خود در برابر حملات از جمله سیستم ایمنی محافظت کنند. تتسوهیرو هاریموتو، دانشجوی دکترا در آزمایشگاه دانینو که سرپرست این مطالعه است، گفت: «ما سیستم CAP یک پروبیوتیک E. coli سویه Nissle 1917 را ربودیم. با استفاده از CAP، این باکتریها می‌توانند به طور موقت از حمله ایمنی فرار کنند؛ بدون CAP، محافظت از کپسولاسیون خود را از دست می‌دهند و می‌توانند در بدن از بین بروند. بنابراین ما تصمیم گرفتیم یک کلید روشن/خاموش موثر برای باکتریها بسازیم.
کلید روشن/خاموش موثر
برای انجام این کار، محققان یک سیستم CAP جدید را مهندسی کردند که آن را CAP القایی یا iCAP می نامند. آنها سیستم iCAP را با دادن یک نشانه خارجی – یک مولکول کوچک به نام IPTG – کنترل می کنند که امکان تغییر قابل برنامه ریزی و پویا را در سطح سلول E. coli فراهم می کند ( سلول مورد آزمایش E.coli است). از آنجایی که iCAP برهمکنش های باکتریایی با سیستم ایمنی (مانند پاکسازی خون و فاگوسیتوز) را به شیوه ای هدایت شده تغییر می دهد، تیم دریافتند که می توانند زمان زنده ماندن باکتری ها در خون انسان را با تنظیم میزان IPTG که به iCAP باکتری E.coli می دهند، کنترل کنند.
استفاده از باکتریها برای درمان
در حالی که استفاده از باکتری ها برای درمان یک رویکرد جدید و جایگزین برای درمان طیف وسیعی از سرطان ها است، چالش هایی در بکارگیری باکتریها وجود دارد که از جمله مهم ترین آنها سمیت باکتریهاست. برخلاف بسیاری از داروهای سنتی، این باکتری ها زنده هستند و می توانند در بدن تکثیر شوند، آنها همچنین توسط سیستم ایمنی بدن به عنوان یک موجود زنده خارجی و خطرناک تشخیص داده می شوند و باعث پاسخ التهابی بالا می شوند.
جاسئونگ هان، دانشمند تحقیقاتی پسا دکتری در آزمایشگاه‌های دانینو و لئونگ که این پروژه را رهبری می‌کردند، خاطرنشان کرد: “در آزمایش‌های بالینی، این سمیت‌ها به عنوان مشکل اساسی نشان داده شده‌اند، که میزان مصرف باکتریها را محدود کرده و کارایی را به خطر می‌اندازد. برخی کارآزمایی‌ها به دلیل مسمومیت شدید باید خاتمه داده شود.”
باکتری ایده آل در مهندسی ژنتیک
باکتری ای باکتری ایده آل است که بتواند با دور زدن سیستم ایمنی بدن خود را به تومور برساند و هنگامی که به تومور رسیدند باید از سایر قسمت های بدن حذف شوند (از بین بروند) تا از میزان سمیت بالای احتمالی جلوگیری شود.
این تیم از مدل‌های تومور موش استفاده کردند تا نشان دهند که از طریق iCAP می‌توانند حداکثر دوز قابل تحمل باکتری را 10 برابر افزایش دهند. آنها سویه E. coli را محصور کردند تا بتواند از سیستم ایمنی فرار کند و به تومور برسد. از آنجایی که آنها IPTG را در بدن ندادند، E. coli iCAP به مرور زمان محفظه خود را از دست داد و در قسمت‌های دیگر بدن راحت‌تر از بین رفت و در نتیجه سمیت را به حداقل رساند. برای آزمایش اثربخشی این تحقیق، محققان E. coli iCAP را برای تولید یک سم ضد تومور مهندسی کردند و توانستند رشد تومور را در مدل‌های موش سرطان کولورکتال و سینه بیشتر از گروه کنترل بدون سیستم iCAP کوچک کنند. این تیم همچنین مهاجرت قابل کنترل باکتری در بدن را نشان داد. مطالعات گذشته نشان داده است که سطوح کم باکتری به هنگام رشد تومور از تومورها بیرون می‌زند. برای این مطالعه جدید، تیم کلمبیا از iCAP استفاده کرد تا نشان دهد که می تواند نشت باکتری از یک تومور و همچنین انتقال آن به تومورهای دیگر را کنترل کند. آنها E. coli iCAP را به یک تومور تزریق کردند، موش ها با آب حاوی IPTG تغذیه کردند، iCAP را در یک تومور فعال کردند و مشاهده کردند که E. coli iCAP نشت کرده و به سمت تومورهای تزریق نشده مهاجرت می کند.
کلام آخر
این گروه در حال بررسی طیف وسیعی از زمینه های تحقیقاتی هستند. بیش از 80 نوع مختلف CAP وجود دارد که فقط برای E. coli و حتی بیشتر برای سایر گونه های باکتری وجود دارد که می توانند با استفاده از روش های مشابه مهندسی شوند. علاوه بر این، CAP تنها مولکولی نیست که باکتری ها روی سطح خود دارند و سایر مولکول های سطحی را می توان به روشی مشابه کنترل کرد. علاوه بر این، در حالی که iCAP توسط یک IPTG ارائه شده خارجی در این مثال کنترل می‌شود، سیستم‌های کنترل دیگری مانند حسگرهای زیستی می‌توانند برای کنترل مستقل خواص سطحی باکتریهای درمانی استفاده شوند.
این تیم، همچنین وابسته به مرکز جامع سرطان هربرت ایروینگ کلمبیا و موسسه علوم داده، خاطرنشان می‌کند که ترجمه بالینی چالش اصلی بعدی است که می‌خواهند با آن مقابله کنند. هاریموتو گفت: در حالی که تحقیقات آزمایشگاهی زیادی وجود دارد که راه‌های مختلفی برای مهندسی میکروب‌ها نشان می‌دهد، استفاده از این درمان‌های قدرتمند برای بدن پیچیده حیوان یا انسان بسیار دشوار است. ما شواهد و اثبات هایی از تحقیقات خود را بر روی موش ها انجام دادیم و به نمایش گذاشتیم. اما با توجه به اینکه انسان‌ها 250 برابر بیشتر از موش‌ها به اندوتوکسین‌های باکتریایی حساس هستند، انتظار داریم نتایج ما ممکن است تأثیر بیشتری بر بیماران انسانی نسبت به موش‌ها داشته باشد.
منبع : https://www.sciencedaily.com/