Пробиотики могут диагностировать заболевания кишечника
Миллионы людей принимают пробиотики с целью улучшения пищеварения, но эти бактерии также могут обнаружить заболевания кишечника и указать, когда что-то не так!
Новые исследования на мышах при Гарвардском университете создали эффективный неинвазивный способ быстрой идентификации новых бактериальных биосенсоров, которые могут распознавать и сообщать о наличии различных провоцирующих факторов заболевания в кишечнике.
Эта работа обеспечивает платформу для идентификации генетических элементов в бактериях, которые реагируют на различные сигналы в кишечнике и позволяют им обнаруживать и даже лечить заболевания.
Разработана генетическая цепь, состоящая из «элемента памяти», полученного из вируса, и синтетического «триггерного элемента», которые вместе способны обнаруживать и регистрировать наличие данного стимула.
Синтетическая цепь была интегрирована в геномы бактерий E. coli, которые ввели живым мышам. Затем им давали тетрациклин. Антибиотик заставил триггерный элемент в бактериальном контуре активировать элемент памяти, чтобы бактерии «запомнили» присутствие тетрациклина.
Затем команда продемонстрировала, что схема может быть настроена на обнаружение и сообщение о тетратионате (естественной молекуле, которая указывает на наличие воспаления) в кишечнике живых мышей в течение шести месяцев после введения в организм животных, показывая, что их система может быть использована для мониторинга сигналов, которые будут полезны для диагностики заболеваний в кишечнике в долгосрочной перспективе.
Но тетратионат – это всего лишь одна молекула. Для разработки новой диагностики на основе бактерий исследователям нужен был способ быстро протестировать различные потенциальные триггерные элементы, чтобы увидеть, могут ли они реагировать на большее количество сигналов болезни.
Ученые модифицировали генетическую схему, добавив ген устойчивости к антибиотикам, который активируется, когда включается элемент памяти, позволяя бактериям, которые помнят триггер, выжить, подвергаясь воздействию антибиотика. Была создана библиотека различных штаммов кишечной палочки, каждый из которых содержал элемент памяти и уникальный триггерный элемент в своем геноме.
Исследователи повторили эксперимент, используя штаммы E. coli, триггерными элементами которых были генетические последовательности, предположительно связанные с воспалением, 10 из которых были активированы во время прохождения через мышей. Когда эти штаммы вводили мышам, один конкретный штамм проявлял более сильный отклик памяти у мышей с воспалением по сравнению со здоровыми мышами, подтверждая, что он был способен успешно регистрировать наличие воспалительных биомолекул в кишечнике мыши и, таким образом, мог служить живым монитором здоровья желудочно-кишечного тракта.
Эти возможности микробиома позволяют проводить тонкую настройку бактериальных биосенсоров на выявление специфических условий в кишечнике в течение длительного промежутка времени.
Это инструмент однажды может превратиться в таблетку, подобную пробиотику, содержащую сложные коллекции бактерий, которые распознают и регистрируют несколько сигналов одновременно, что позволяет клиницистам «отслеживать» заболевание и с большей уверенностью ставить диагноз.
На основе генетического реинжиниринга микробиома создан совершенно новый подход к недорогой диагностике. Этот подход способен радикально изменить то, как мы взаимодействуем и контролируем биологические системы, включая наши собственные тела.
Мнение специалиста