Микроорганизмы, мирно обитающие в носовых проходах и на коже, можно использовать для доставки лекарств в клетки-мишени.
В один прекрасный день мозг может оказаться всего лишь на расстоянии вдоха: бактерии, обитающие в носу, были сконструированы таким образом, чтобы доставлять лекарства в мозг мышей.
5 февраля в журнале Cell ученые сообщили, что с помощью назальных бактерий они доставили гормоны, подавляющие аппетит, мышам с ожирением, которые впоследствии похудели. Хотя до применения этого подхода на людях еще далеко, он является одним из последних примеров широкомасштабных усилий по использованию бактерий для более эффективной доставки лекарств туда, где они необходимы организму. В другом исследовании, опубликованном на прошлой неделе в журнале Cell Systems, используется другой вид бактерий для доставки защитного фермента в клетки кожи.
«Лекарства часто не доставляются туда, куда нужно», - поясняет Шеннон Сирк, биоинженер из Университета Иллинойса, которая не принимала участия в исследованиях. «Если вы сможете улучшить доставку, вы сможете минимизировать побочные эффекты и снизить нагрузку на пациентов». Многие попытки создать бактерии, выделяющие лекарства, были направлены на доставку молекул в кишечник. Микробная флора кишечника изобилует бактериями, которые могут нести полезный медицинский груз, включая штаммы кишечной палочки - лабораторной рабочей лошадки, которую легко генетически модифицировать. Но в исследованиях, о которых сообщалось на прошедшей неделе, исследователи отправились в другие области тела и изучили возможности менее знакомых бактерий.
По словам Кэмми Лессер, микробиолога-синтетика из Массачусетской больницы общего профиля, мозг - особенно необычное место для бактериальной системы доставки, поскольку он защищен барьером, который обычно не пропускает микробы, а также некоторые молекулы. Чтобы обойти эту проблему, Мэтью Вук Чанг, биолог-синтетик из Национального университета Сингапура, и его коллеги решили задействовать малоизученный вход в мозг - нос. Для начала нужно было определить, какие потенциально полезные микробы обитают там. «Микробиом носа остается относительно неизученным, несмотря на прямую связь носовой полости с мозгом», - говорит Чанг.
Авторы исследовали несколько бактерий, в том числе пять штаммов Lactobacillus - рода, который обычно считается безопасным и иногда используется в биологически активных добавках. Затем специалисты проверили эти штаммы на способность связываться с молекулой, которая находится на обонятельном эпителии, который покрывает часть верхнего носового прохода и связан с мозгом нервами, которые важны для обоняния. Хотя бактерии вряд ли доберутся из носа до мозга, некоторые молекулы могут распространяться по этому пути. Найдя подходящий штамм Lactobacillus plantarum, исследователи генетически сконструировали его так, чтобы он вырабатывал и выделял различные молекулы, в том числе три гормона, регулирующих аппетит. Мыши с ожирением, получавшие дозу бактерий в нос каждый день в течение восьми недель, ели меньше и похудели за время эксперимента.
Для исследования кожи ученые выбрали бактерию Cutibacterium acnes, обитающую в волосяных фолликулах. Хотя C. acnes широко распространена, она мало изучена, и исследователям пришлось разрабатывать новые методы ее генной инженерии. Кроме того, бактерия медленно растет в лаборатории, комментирует соавтор исследования Хавьер Сантос-Морено, биолог-синтетик из Университета Помпеу Фабра в Барселоне (Испания). «Это расстраивало».
В конце концов, с помощью этих технологий Сантос-Морено и его коллеги смогли создать C. acnes, который синтезирует и выделяет фермент супероксиддисмутазу, способную противостоять разрушительному воздействию ультрафиолетовых лучей на клетки. Исследователи вырастили в лаборатории клетки кожи и подвергли их воздействию ультрафиолетовых лучей. Затем они обработали клетки жидкостью, содержащей супероксиддисмутазу, выделенную сконструированными ими бактериями. Клетки, обработанные жидкостью, произвели меньше нестабильных, потенциально разрушительных молекул в ответ на воздействие ультрафиолета, чем необработанные клетки.
По мнению Сирк, подходы обеих групп очень интересны и они подчеркивают трудности, с которыми приходится сталкиваться в такой работе. «Каждая ниша требует своей индивидуальной инженерной платформы». Потребуется еще немало работы, прежде чем эти бактерии можно будет использовать для лечения людей. Креативные подходы привлекают внимание исследователей и общественности, но этой области еще предстоит решить менее захватывающие проблемы, например, как повысить эффективность бактериальной доставки лекарств и как сделать так, чтобы сконструированные бактерии не загрязняли окружающую среду, полагает Лессер. «Сейчас наблюдается бурный рост хитроумных идей», - говорит она. «Но что из этого получится в долгосрочной перспективе, неизвестно».
