ایجاد تغییرات ژنتیکی در میکروبیوم روده موش های زنده

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، دانشمندان ابزاری برای ویرایش ژن طراحی کرده اند که می تواند جمعیت باکتریایی موجود در میکروبیوم روده موش های زنده را تغییر دهد.

این ابزار - نوعی (base editor) - ژن هدف را در بیش از 90 درصد از کلنی اشریشیا کلی در داخل روده موش اصلاح کرد، بدون اینکه ژن بهینه سازی شده کپی های بالقوه مضری از خود بسازد. این یافته ها در Nature منتشر شد.

چندین تیم تحقیقاتی تلاش کرده اند تا تغییرات ژنتیکی در باکتری های روده در موش ها ایجاد کنند، اما دستیابی به این هدف در داخل بدن چالش برانگیز بوده است. تا به حال، base editor که یک پایه نوکلئوتیدی را با یک پایه نوکلئوتیدی دیگر - برای مثال تبدیل A به G - بدون شکستن رشته دوگانه DNA عوض می کنند، نتوانسته اند به اندازه کافی جمعیت باکتری هدف را تغییر دهند تا موثر باشند. این به این دلیل است که ناقل ها تنها در گیرنده های هدفمندی که در باکتری های کشت شده در آزمایشگاه رایج است، تحویل داده شدند.

برای رفع این موانع، دوپورت و همکارانش یک ناقل را با استفاده از اجزای یک باکتریوفاژ - ویروسی که باکتری ها را آلوده می کند - مهندسی کردند تا چندین گیرنده E. coli را که در محیط روده بیان می شوند، در خود جای دهد. این وکتور دارای یک base editor بود که ژن های خاص E. coli را هدف قرار می داد. محققان همچنین سیستم را برای جلوگیری از تکثیر و انتشار ژن های ویرایش شده اصلاح کردند.

این تیم base editor را به موش ها تحویل داد و از آن برای تغییر A به G در ژن E. coli که بتالاکتامازها را تولید می کند - آنزیم هایی که مقاومت باکتری ها را در برابر چندین نوع آنتی بیوتیک ایجاد می کند، استفاده کردند. حدود هشت ساعت پس از دریافت درمان حیوانات، حدود 93 درصد از باکتری های مورد نظر ویرایش شده بودند.

محققان سپس base editor را تطبیق دادند تا بتواند ژن E. coli را که پروتئینی تولید می کند که تصور می شود در چندین بیماری تخریب کننده عصبی و خود ایمنی نقش دارد، اصلاح کند. نسبت باکتری های ویرایش شده سه هفته پس از درمان موش ها حدود 70 درصد بود. در آزمایشگاه، دانشمندان همچنین می توانند از این ابزار برای ویرایش سویه های E. coli و Klebsiella pneumoniae استفاده کنند که می توانند باعث عفونت های ذات الریه شوند. این نشان می دهد که سیستم ویرایش را می توان برای هدف قرار دادن گونه های مختلف باکتری تطبیق داد.

چیس بیزل، مهندس شیمی در موسسه Helmholtz برای تحقیقات عفونت مبتنی بر RNA در وورتسبورگ، آلمان، می گوید: این سیستم ویرایش پایه یک (جهش مهم به جلو) در توسعه ابزارهایی است که می توانند باکتری ها را مستقیماً در داخل روده اصلاح کنند. او اضافه می کند که این مطالعه امکان ویرایش میکروب ها را برای مبارزه با بیماری ها باز می کند، در حالی که از انتشار DNA مهندسی شده جلوگیری می کند.