Кишечная палочка Esherichia coli, бактерия, известная человечеству уже полтора века, – обычнейший обитатель нашего кишечника. Она – излюбленный объект исследований микробиологов, биохимиков и генетиков всего мира, и не случайно именно Esherichia coli стала первым живым генно-модифицированным организмом, появившимся на свет в 1973 году. В ее геном был встроен ген человека, кодирующий синтез инсулина.
Фото: NIAID, CC BY 2.0, Wikimedia Commons
В настоящее время генетически модифицированные микроорганизмы используются для производства фармацевтических препаратов, вакцин, продуктов тонкого органического синтеза, пищевых добавок и многого другого. Новые штаммы кишечной палочки уже не просто производят инсулин: они стимулируют восстановление собственных способностей организма пациента вырабатывать этот гормон. При диабете первого типа бета-клетки поджелудочной железы утрачивают способность синтезировать инсулин. Ученые Корнельского университета (Итака, штат Нью-Йорк), работающие под руководством Джона Марча (John March), решили попытаться восстановить этот механизм с помощью сигнальной системы, используемой выстилающими кишечник эпителиальными клетками и населяющими его полезными бактериями. Созданный в лаборатории Марча штамм непатогенной кишечной палочки синтезирует белок GLP-1 – глюкагоноподобный пептид. В организме здорового человека этот белок синтезируется клетками кишечника и, среди прочих эффектов, запускает продукцию инсулина в поджелудочной железе. Авторы продемонстрировали, что в лабораторных условиях в присутствии глюкозы секретирующие GLP-1 бактерии запускают синтез инсулина в культуре клеток кишечника человека. Механизмы, лежащие в основе этого феномена, пока не ясны. Спектр применения – колоссальный, к примеру, обычный йогурт, обогащенный такими бактериями, сможет заменить больным диабетом инъекции инсулина! Кроме бактерий для лечения диабета, группа Марча работает над созданием целого ряда целебных штаммов микроорганизмов, в том числе предназначенных для борьбы с кариесом, синтеза витаминов, лечения непереносимости лактозы и профилактики холеры.
Стало известно о результатах исследования группы генетиков из Массачусетского технологического института под руководством профессора Рона Вайса (Ron Weiss), специалиста в области синтетической биологии. В этом исследовании ученые пытаются сделать кишечную палочку бактерией-охотником за одной из самых опасных внутрибольничных инфекций – синегнойной палочкой (Pseudomonas aeruginosa), олицетворяющей одну из главных проблем современной медицины — резистентности патогенных микробов к антибиотикам. Если пациенту в больнице внезапно становится плохо, и антибиотики не помогают, то обычно главной причиной этого оказывается именно "синегнойка" — агрессивный обитатель хирургических отделений, виновник тысяч жертв. Ученые в буквальном смысле «натравили» кишечную палочку на «синегнойку» - модифицировали бактерию так, что она научилась «выслеживать» и убивать клетки Pseudomonas, обитающие в ранах и абсцессах.
Фото: Wikimedia Commons
Esherichia coli находит клетки синегнойной палочки, что называется, «по запаху». Дело в том, что клетки опасного патогена общаются друг с другом внутри своей колонии с помощью различных сигнальных веществ. Модифицированная E.Coli реагирует на это вещество, связываясь с ним особым протеином, и, обнаружив псевдомонаду, убивает ее с помощью яда, получившего название бактериоцин. Попадая внутрь клетки синегнойной палочки, подвижной и устойчивой к большинству антибиотиков, бактериоцин разрушает ее ДНК. Рон Вайс и его коллеги показали, что генетически модифицированная кишечная палочка в лабораторной жидкой культуре убивает "синегнойку", не причиняя вреда себе, а также другим неопасным бактериям. Этот метод испытан пока лишь в лаборатории, но ученые считают, что возможно сделать лечебный штамм кишечной палочки в 20 раз сильнее опытного экземпляра. И тогда испытать на млекопитающих, а также подумать о возможных лекарственных формах пробиотиков.
Фото: ru.123rf.com
Генно-модифицированные штаммы кишечной палочки ученые намерены использовать и для решения одной из проблем века – ожирения. Как показывают исследования, добавление в еду подопытным мышам особого штамма E.Coli , в геном которой введен ген растения резуховидки, помогает избавить от лишнего веса подопытных мышей. Бактерии ориентированы на синтез особого вещества под названием NAPE, которое организм млекопитающих превращает в гормон, вырабатываемый в процессе переваривания пищи. Этот гормон поступает через кровь в мозг и, сигнализируя о насыщении, уменьшает аппетит. Получается, что бактерия заставляет мышей думать, что они едят больше, чем на самом деле. В исследовании, опубликованном в журнале The Journal of Clinical Investigation, грызунов, которым добавляли бактерии в питьевую воду, и грызунов из контрольной группы кормили высококалорийной пищей. У мышей, которые употребляли бактерии, снизился аппетит, они перестали набирать вес и начали показывать меньшую инсулиновую устойчивость. Эффект сохранялся около четырех недель. Ученые считают, что эти бактерии можно использовать в пробиотиках для употребления людьми. Если препарат окажется действенным и безопасным, то он даст большую фору существующим лекарствам против ожирения.
Фото: ru.123rf.com
Пробиотики, изготовленные с добавлением модифицированной кишечной палочки, как считают ученые – это одно из лекарств будущего, ведь для этой бактерии кишечник человека - естественное местом ее обитания. Однако, несмотря на первые успехи, авторы отмечают, что им еще предстоит ответить на несколько непростых вопросов. Например, необходимо выяснить, насколько опасны подобные вмешательства в естественную микрофлору кишечника, индивидуальную для каждого человека.
.jpg#file){kind=link}
