Ученые редактируют гены кишечных бактерий у живых мышей
"Редактор оснований" успешно модифицировал гены более чем у 90% бактерий кишечной палочки без нежелательных побочных эффектов.
Ученые разработали метод редактирования генов, который может изменять популяции бактерий в микробиоме кишечника живых мышей. Этот инструмент - тип "редактора оснований" - изменил целевой ген в более чем 90% колоний Escherichia coli в кишечнике мыши. "Мы мечтали, что сможем сделать это", - рассказывает Ксавье Дюпорте, биолог-синтетик, один из основателей биотехнологической компании Eligo Bioscience в Париже. Результаты исследования были опубликованы на днях в журнале Nature.
Несколько исследовательских групп уже использовали системы редактирования CRISPR-Cas для уничтожения патогенных бактерий в кишечнике мышей. Но Дюпорте и его коллеги хотели редактировать бактерии в микробиоме кишечника живых животных. Для этого они использовали редактор оснований, который меняет одно нуклеотидное основание на другое - например, превращает A в G - без разрыва двойной нити ДНК. До сих пор редакторам оснований не удавалось изменить достаточное количество целевой популяции бактерий, чтобы быть эффективными. Это объясняется тем, что векторы, в которых они поставлялись, нацеливались только на рецепторы, распространенные в бактериях, культивируемых в лабораторных условиях.
Чтобы решить эти проблемы, исследователи разработали средство доставки с использованием компонентов бактериофага, которое нацеливалось на несколько рецепторов E. coli, экспрессируемых в кишечнике. Этот вектор содержал редактор оснований, нацеленный на определенные гены кишечной палочки. Исследователи также усовершенствовали систему, чтобы предотвратить репликацию и распространение генетического материала, доставленного вектором, как только он окажется внутри бактерии. Они ввели редактор оснований мышам и использовали его для изменения A на G в гене E. coli, который производит β-лактамазы - ферменты, обуславливающие резистентность бактерий к нескольким типам антибиотиков. Через восемь часов после того, как животные прошли эту процедуру, было отредактировано около 93% бактерий-мишеней.
Затем исследователи адаптировали базовый редактор таким образом, чтобы он мог изменять ген E. coli, производящий белок, который, как считается, играет роль в ряде нейродегенеративных и аутоиммунных заболеваний. Через три недели после проведения процедуры доля отредактированных бактерий составляла около 70%. В лаборатории ученые также смогли использовать этот метод для редактирования штаммов E. coli и Klebsiella pneumoniae, которые могут вызывать пневмонию. Это говорит о том, что система редактирования может быть адаптирована для борьбы с различными штаммами и видами бактерий.
По словам Чейза Бейзеля, инженера-химика из Института Гельмгольца (Германия), эта система редактирования оснований представляет собой "важнейший скачок вперед" в разработке методов модификации бактерий непосредственно в кишечнике. Исследование "открывает возможность редактирования микробов для борьбы с заболеваниями, предотвращая при этом распространение модифицированной ДНК", - добавляет он.
Следующим шагом Дюпорте и его коллег станет создание мышиных моделей с заболеваниями, обусловленными микробиомом, чтобы определить, оказывают ли конкретные генные правки благотворное влияние на их здоровье.
