Bakterie biotechnologiczne mogą pomóc diabetykom

Zgodnie ze wstępnymi badaniami przedstawionymi w zeszłym tygodniu na Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne konferencja w Waszyngtonie. Chociaż badania są wciąż na bardzo wczesnym etapie, drobnoustroje, które można hodować w jogurcie, mogą pewnego dnia stanowić alternatywę dla osób z cukrzycą.

Inżynieria jadalnych bakterii: Naukowcy zaprojektowali przyjazne bakterie (kropki w dolnej połowie obrazu), aby wytworzyły białko, które pobudza komórki nabłonka jelit (u góry, podświetlone na niebiesko) do produkcji insuliny.

Badania reprezentują nowe podejście do probiotyków: odwiecznych suplementów składających się z nieszkodliwych bakterii, takich jak te znajdujące się w jogurcie, które są spożywane w celu promowania zdrowia. Dzięki rosnącemu zrozumieniu tych drobnoustrojów garstka naukowców próbuje je skonstruować, aby złagodzić określone dolegliwości. Koncepcja wykorzystania bakterii do pomocy w wykonywaniu (lub naprawianiu) ludzkich zaburzeń jest niezwykle twórcza i interesująca, napisał Kelvin Lee , inżynier chemik na Uniwersytecie Delaware w stanie Maryland, w e-mailu. Nawet jeśli nie prowadzi to bezpośrednio do rozwiązania problemu cukrzycy, otwiera nowe drogi myślenia w bardziej ogólnym sensie, mówi Lee, który nie był zaangażowany w badania.

Osoby z cukrzycą typu 1 nie mają zdolności do wytwarzania insuliny, hormonu, który pobudza komórki mięśniowe i wątrobowe do wychwytywania glukozy i przechowywania jej w celu uzyskania energii. Jan March , inżynier biochemiczny z Cornell University w Ithaca w stanie Nowy Jork, i jego współpracownicy postanowili odtworzyć ten niezbędny obwód przy użyciu istniejącego systemu sygnalizacji między komórkami nabłonka wyściełającego jelito a milionami zdrowych bakterii, które normalnie bytują w jelitach. Te komórki nabłonkowe absorbują składniki odżywcze z pożywienia, chronią tkankę przed szkodliwymi bakteriami i nasłuchują sygnałów molekularnych od pożytecznych bakterii. Jeśli już sygnalizują sobie nawzajem, dlaczego nie zasygnalizować czegoś, czego chcemy? pyta Marzec.

Naukowcy stworzyli szczep niepatogenny E coli bakterie wytwarzające białko o nazwie GLP-1. U zdrowych ludzi białko to pobudza komórki trzustki do wytwarzania insuliny. W zeszłym roku March i jego współpracownicy wykazali, że zmodyfikowane komórki bakteryjne wydzielające białko mogą pobudzić ludzkie komórki jelitowe w naczyniu do produkcji insuliny w odpowiedzi na glukozę. (Nie jest jeszcze jasne, dlaczego białko ma taki efekt.)

W nowych badaniach naukowcy karmili bakteriami myszy z cukrzycą. Po 80 dniach myszy [przeszły] od cukrzycy do normalnego poziomu glukozy we krwi, mówi March. Myszy z cukrzycą, którym nie podawano zmodyfikowanych bakterii, nadal miały wysoki poziom cukru we krwi. Krótko mówiąc, obietnica jest taka, że ​​diabetyk może jeść jogurt lub pić smoothie jako insulinoterapię reagującą na glukozę, zamiast polegać na zastrzykach insuliny, mówi Kristala Jones Prather, inżynier biochemiczny z MIT, która nie była zaangażowana w badania.

Tworzenie bakterii, które produkują białko, ma wiele zalet w porównaniu z samym białkiem jako leczeniem. Bakterie mogą wydzielać odpowiednią ilość białka w odpowiedzi na warunki w gospodarzu, mówi March. To może ostatecznie zminimalizować potrzebę samomonitorowania i umożliwić własnym komórkom pacjenta (lub komórkom komensalnego E coli ), aby w razie potrzeby dostarczyć odpowiednią ilość insuliny, mówi Cynthia Collins , bioinżynier w Rensselaer Polytechnic Institute w Troy, NY, który nie był zaangażowany w badania.

Ponadto wytwarzanie białka tam, gdzie jest to potrzebne, przezwycięża niektóre problemy związane z lekami białkowymi, których wytwarzanie może być kosztowne i często ulegać degradacji podczas trawienia. Oczyszczanie białka, a następnie przedostanie się przez jelita jest bardzo drogie, mówi March. Probiotyki są tanie – mniej niż dolara za dawkę. W mniej uprzywilejowanych warunkach można je było hodować w jogurcie i rozprowadzać po wiosce.

Naukowcy nie zbadali jeszcze jelit zwierząt, więc nie wiedzą dokładnie, jak i gdzie myszy z cukrzycą produkują insulinę. Nie jest również jasne, czy leczenie, które prawdopodobnie pobudza komórki jelitowe do wytwarzania insuliny, ma jakiekolwiek szkodliwe skutki, takie jak nadprodukcja hormonu lub być może zahamowanie normalnej funkcji komórek nabłonka. Wydaje się, że w tym momencie myszy mają normalny poziom glukozy we krwi, a ich waga jest normalna, mówi March. Gdyby przestali jeść, bylibyśmy zaniepokojeni.

Mikroby marca to jeden z wielu nowych szczepów opracowywanych w celu leczenia chorób, w tym bakterie przeznaczone do zwalczania próchnicy, produkcji witamin i leczenia nietolerancji laktozy. Grupa March również projektuje szczep E coli przeznaczony do zapobiegania cholerze. Zapobieganie cholerze musi być czymś tanim, łatwym i łatwo przekazywanym z wioski do wioski, dlaczego więc nie użyć czegoś, co można wymieszać z jedzeniem i hodować za darmo? mówi marzec.

Jednak praca jest wciąż na wczesnym etapie; stosowanie żywych organizmów jako terapii może stanowić wyjątkowe wyzwanie. Potrzebne są dalsze badania, aby określić, jak długo te bakterie mogą przetrwać w jelitach, a także czy zmiana flory jelitowej ma szkodliwe skutki, mówi Prather z MIT.

Ponadto ostatnie badania pokazują, że różni ludzie mają różne rodzaje kolonii bakterii jelitowych i nie jest jasne, jak te różnice mogą wpływać na leczenie bakteryjne. Może to być szczególnie trudne, jeśli chodzi o określenie odpowiedniej dawki drobnoustroju terapeutycznego, mówi Collins z Rensselaer. Wielkość populacji bakterii terapeutycznych i czas jej trwania będzie prawdopodobnie zależeć od drobnoustrojów w jelitach danej osoby.

ukryć