Биологи нашли метод управлять термостатом бактерий, что позволит создать новый метод лечения рака и других заболеваний



Полученные в новом исследовании результаты позволяют предположить, что вскоре могут быть разработаны абсолютно новые терапевтические методы для лечения рака и других заболеваний. Ученые говорят, что новым помощником в борьбе против рака и других заболеваний кишечника могут стать генетически измененные бактерии, которые будут выпускать лекарственные средства в опухоль или в кишечник.

Биологи нашли метод управлять термостатом бактерий, что позволит создать новый метод лечения рака и других заболеваний

Модифицированные бактерии как специальные агенты в борьбе с болезнями

Новое лабораторное исследование, проведенное на мышах, показало, что в один прекрасный день врачи, возможно, смогут лучше регулировать лечебный процесс посредством создания модифицированных бактерий, которые будут реагировать на температуру. Например, теоретически врачи могли бы ввести такие модифицированные бактерии пациенту с каким-либо заболеванием, проинструктировав бактерии, чтобы они выпускали лекарство только в тех местах, где это лекарство необходимо, а затем с помощью ультразвука аккуратно нагревать ткани.

Руководитель проекта доктор Михаил Шапиро (Mikhail Shapiro), доцент кафедры химической инженерии и наследственности в Калифорнийском технологическом институте (California Institute of Technology), говорит, что цель исследования заключается в создании новых способов визуализации и контроля клеток (клеток бактерий и клеток человека) для улучшения качества лечения. Бактерии могут быть изменены так, чтобы действовать в наших телах как специальные агенты в борьбе с болезнями. Ученые сейчас создают «рации» для клеток, чтобы с ними можно было и слушать, и общаться одновременно.

Доктор Шапиро и работавшие над исследованием аспиранты Ден Пираньер (Dan Piraner) и Мохаммад Абеди (Mohammad Abedi) опубликовали в журнале «Природа химической биологии» (Nature Chemical Biology) статью, в которой рассказали о своем исследовании.

Ученые пишут, что новое исследование демонстрирует, как можно запрограммировать созданные с помощью генной инженерии бактерии, чтобы они могли приостановить введение терапевтического препарата или самоликвидироваться, если у больного из-за лихорадки поднимается температура тела. Лихорадка может сигнализировать о том, что терапия не работает, и, таким образом, в интересах пациента будет прекращение деятельности модифицированных бактерий.

Модифицированные бактерии как специальные агенты в борьбе с болезнями

Исследователи показали и другое возможное применение этой технологии, которое предполагает возможность самоуничтожения модифицированных бактерий сразу же после того, как только они покинут посредством дефекации тело пациента. Более низкая температура вне тела хозяина будет для этих бактерий означать, что пришло время активировать генетический выключатель, что снизит обеспокоенность общественности по поводу распространения в окружающей среде генетически измененных микроорганизмов.

Доктор Шапиро говорит, что эти тепловые выключатели можно использовать в бактериях, чтобы контролировать разнообразие их поведения.

Стратегия по использованию модифицированных бактерий для борьбы с болезнью (постоянно расширяющееся научное поле под названием микробная терапевтика), которая была изучена на животных моделях и на людях, показала некоторые обнадеживающие результаты. Предыдущие исследования показали, что некоторые бактерии естественным образом проходят свой путь к местам, в которых расположены опухоли, потому что предпочитают среду с низким содержанием кислорода. Исследования также показали, что эти бактерии можно запрограммировать на высвобождение лекарственных препаратов, которые разрушают в опухоли гемолизин. Другие исследования показывали, что бактерии, которые вводятся в кишечник, могут высвобождать молекулы, уменьшающие воспаление. Но эти же бактерии могут находиться и в других частях тела, а не только на участках, которые представляют терапевтический интерес.

Модифицированные бактерии для борьбы с болезнью

Генная инженерия позволит бактериям доставлять лекарственные препараты в точно указанную часть тела

Метод, разработанный лабораторией Шапиро, решает эту проблему, разработав механизм, с помощью которого можно проинструктировать бактерии, чтобы они доставляли лекарства только к конкретному анатомическому участку. Идея заключается в том, что генетически измененные бактерии будут активировать свою терапевтическую программу при определенной температуре, индуцированной с помощью ультразвуковых инструментов, которые с точностью до миллиметра нагревают необходимые ткани до нужных температур. В теории, врач может управлять генетически измененными бактериями, введя их больному раком, а затем, сосредоточив ультразвук на месте опухоли, запустить эти бактерии на борьбу с опухолью.

Мохаммад Абеди говорит, что активность бактерий можно контролировать в пространстве и во времени. Можно общаться с ними и указывать, где и когда необходимо что-либо сделать.

Для создания термически управляемых бактерий ученым, прежде всего, необходимо было найти генетические переключатели у бактерий, деятельность которых зависит от изменения температуры. В конечном счете, исследователям удалось определить двух кандидатов, первый из которых представляет собой белок бактерии сальмонелла (Salmonella bacteria,) а второй белок содержится в бактериальном вирусе под названием бактериофаг (bacteriophage). Оба белка связываются с ДНК, чтобы в ответ на температуру включать генетическую схему переключателя бактерий.

Затем ученые использовали технику белковой инженерии, так называемую направленную эволюцию, которую разработала сотрудник Калифорнийского технологического института, доктор биофизики Фрэнсис Арнольд (Frances Arnold), чтобы в своей лаборатории модифицировать обнаруженные белки и настроить их переключатели температуры. Например, белок сальмонеллы первоначально активируется при температуре от 42 до 44 градусов по Цельсию. Использовав направленную эволюцию, ученые генерировали версии белков с температурой активации от 36 до 39 градусов по Цельсию. Если эти генетические переключатели использовать для контроля экспрессии терапевтических белков, то они смогут действовать как тепловые элементы, управляющие включением или включением лечения при заданной температуре.

Генная инженерия позволит бактериям доставлять лекарственные препараты в точно указанную часть тела

Ден Пираньер говорит, что когда ученые еще только думали над тем, как научить бактерии чувствовать температуру, они смотрели на природу и нашли несколько систем, в которых бактерии могут делать это. Исследователи проверили характеристики многих бактерий и нашли те, которые имели наилучшие для переключения характеристики. Затем, чтобы узнать, как можно настроить и усилить эти характеристики, исследователи пошли еще дальше.

По словам Пираньера, все началось с того, что дает природа, а инженерия предоставила возможность пройти остальную часть пути.

По материалам ScienceDaily


Рейтинг:

Оценка 5 из 5 , проголосовало 1

Интересные статьи

Комментарии (0)


Оставить комментарий