Бактерии, производящие лекарства, могут обеспечить более целенаправленный подход к лечению заболеваний кишечника.
Бактерии обладают сложными молекулярными механизмами, которые помогают им вызывать заболевания, но теперь ученые могут использовать эти механизмы для лечения. Кэмми Лессер, микробиолог из Исследовательского института Mass General, придумала способ взломать бактериальную систему секреции и переместить ее в Escherichia coli, заставив бактерии выделять терапевтические молекулы. В интервью журналу The Scientist Лессер рассказала о том, как с помощью междисциплинарных подходов удалось разработать способ доставки лекарственных препаратов с помощью бактерий.
Как вам пришла в голову идея использовать бактерии для доставки лекарств?
Я изучаю механизмы секреции у патогенных микроорганизмов, в частности у шигелл, которые имеют систему секреции III типа для высвобождения молекул в клетки хозяина. Однако кишечная палочка редко выделяет белки внеклеточно, если только исследователи не вставляют системы секреции от других видов. Много лет назад моя лаборатория начала переносить секреторные системы III типа в лабораторный штамм E. coli. Мы поняли, что если перенести механизм секреции без его концевой части, то он будет выделять терапевтические белки в окружающую бактерию среду.
Что делает бактерии подходящими для этого применения?
Хотя механизм секреции состоит примерно из 20 различных белков, все они соседствуют в геноме, что делает его компактным. В разработанной нами платформе PRObiotic Type 3 secretion E. coli Therapeutic (PROT3EcT) мы захватили эти фрагменты ДНК и перенесли их из шигелл в E. coli. Затем мы добавили регулятор, чтобы контролировать их экспрессию, и, наконец, добавили полезную нагрузку. Система модульная, и вы можете менять и комбинировать ее компоненты.
Какие типы терапевтических молекул вы можете доставлять?
В основном мы работаем с нанотелами, хотя мы показали, что можно секретировать и другие белки. Нанотела - это однодоменные антитела, присутствующие у верблюдообразных, таких как альпака и верблюд, а также у акул. Как правило, они очень стабильны и обладают достаточной аффинностью связывания, поэтому их популярность в качестве терапевтических средств растет. Мы использовали PROT3EcT для доставки нанотел, связывающихся с фактором некроза опухоли альфа (TNF) и нейтрализующих его, чтобы остановить развитие воспаления в мышиной модели воспалительного заболевания кишечника (ВЗК).
В недавнем исследовании мы использовали PROT3EcT для борьбы с энтерогеморрагической кишечной палочкой (EHEC). Пациентам с EHEC нельзя давать антибиотики, потому что они вызывают стрессовую реакцию, которая заставляет бактерии выделять больше токсина. Луис Анхель Фернандес из Мадридского автономного университета идентифицировал нанотело, которое блокирует белок, необходимый для инфекции EHEC. Он показал, что оно работает in vitro, а мы продемонстрировали, что PROT3EcT может доставлять эти нанотела in vivo для профилактики в мышиной модели EHEC.
В чем преимущества PROT3EcT по сравнению с традиционными способами доставки лекарств?
Удобно доставлять препараты именно туда, куда вы хотите, а это кишечник в случае ВЗК и желудочно-кишечных инфекций. Можно представить бактерии как маленькие фабрики, которые вырабатывают терапевтическое средство только в месте заболевания, чтобы предотвратить внецелевое воздействие.
Как можно было бы усовершенствовать PROT3EcT в дальнейшей работе?
В исследовании EHEC инфекция была отсрочена, но мы хотим вылечить инфекцию. В области ВЗК также наблюдается активное обсуждение вопроса о том, как заставить бактерии включаться и выключаться, когда они обнаруживают воспаление. Было бы очень здорово, если бы человек с ВЗК мог принимать пробиотик раз в неделю, и бактерии бы жили в его кишечнике и распознавали, когда возникает воспаление. Затем они могли бы начать выделять нанотела.
Еще одна большая проблема, которую необходимо решить с этими бактериальными терапиями, прежде чем они попадут в организм человека, - это биоконсервация. Очень важно, чтобы у нас были молекулярные выключатели, чтобы, если кто-то выделяет бактерии, они не попадали в канализацию и не размножались. Хорошо, когда в эту область приходят люди с разными взглядами, и я думаю, что именно поэтому PROT3EcT вызвал большой ажиотаж. Наш опыт в понимании механизмов секреции был очень важен для создания этой системы.
