Các nhà khoa học từ lâu đã cố gắng đưa vi khuẩn biến đổi gen vào ruột để điều trị bệnh. Trước đây, những nỗ lực này tập trung vào việc tạo ra các chủng E. coli phổ biến trong phòng thí nghiệm, không thể cạnh tranh với vi khuẩn đường ruột bản địa thích nghi tốt với vật chủ của chúng.
Giờ đây, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học California, San Diego, đã biến đổi gen thành công vi khuẩn E. coli được thu thập từ hệ vi sinh vật đường ruột của cả người và chuột và cho thấy rằng chúng có khả năng điều trị các bệnh như tiểu đường. Phát hiện của họ được công bố trên tạp chí Cell vào ngày 4 tháng 8.
>> Tham khảo: Các tương tác vật chất ánh sáng trên quy mô dưới nanomet đã được mở khóa, dẫn đến ‘picophotonics’.
Amir Zarrinpar, bác sĩ chuyên khoa tiêu hóa tại UC San Diego Health và cho biết: “Tất cả những gì tôi có thể nói với vi khuẩn không bản địa là chúc may mắn. Hệ vi sinh vật đường ruột rất năng động và liên tục thay đổi, khiến mọi thứ trở nên khó khăn hơn đối với vi khuẩn không bản địa”. nhà nghiên cứu cao cấp của bài báo. “Thật là một thách thức đối với những vi khuẩn chưa từng sống bên trong động vật có vú trước đây giờ lại xâm nhập vào khu rừng hệ vi sinh vật đường ruột với tất cả các điều kiện thù địch nhằm ngăn chặn sự xâm nhập của vi khuẩn.”
Nhóm đã nghĩ ra một giải pháp cho vấn đề này bằng kỹ thuật trực tiếp E. coli được thu thập từ vật chủ. “Vi khuẩn trong cơ thể chúng ta thích nghi với từng người một cách cụ thể: loại thực phẩm chúng ta ăn, những căng thẳng phổ biến mà cơ thể chúng ta trải qua hoặc gây ra, và nền tảng di truyền của chúng ta,” Zarrinpar nói. “Môi trường biến động liên tục này là bình thường của họ.” Đây là một lợi thế lớn đối với vi khuẩn bản địa và khiến chúng trở thành ứng cử viên lý tưởng cho kỹ thuật.
Zarrinpar cho biết: “Chúng tôi đã thiết kế những vi khuẩn này để trở thành những nhà máy có thể sống trong hệ vi sinh vật của chúng ta và có khả năng sản xuất thuốc. “Chúng tôi biết rằng E. coli có thể lấy các gen gây bệnh và gây bệnh, và bây giờ chúng tôi mới nhận ra rằng nếu đưa một gen có lợi vào, nó có thể giúp chúng ta điều trị các bệnh mãn tính, thậm chí có thể chữa khỏi một số bệnh”.
>> Tham khảo: Những hiểu biết mới mở ra cánh cửa cho một công nghệ năng lượng mặt trời.
Đầu tiên, nhóm nghiên cứu thu thập các mẫu phân từ vật chủ và chiết xuất vi khuẩn E. coli để sửa đổi thêm. Zarrinpar nói: “Chúng tôi nói với vi khuẩn: Này, chúng tôi sẽ cung cấp cho bạn một siêu năng lực mới, thứ mà bạn thậm chí có thể không được hưởng lợi từ đó, nhưng chúng tôi sẽ đưa bạn trở lại ngay môi trường mà bạn phát triển trong đó”.
Siêu năng lực mà nhóm đã trao cho những vi khuẩn cụ thể này là một loại protein có tên là hydrolase muối mật (BSH). Sau một lần điều trị ở chuột, E. coli có BSH đã được tìm thấy trong toàn bộ ruột của chuột và chúng vẫn duy trì hoạt động của BSH trong suốt vòng đời của vật chủ. Nhóm cũng chỉ ra rằng hoạt động của BSH có thể ảnh hưởng tích cực đến sự tiến triển của bệnh tiểu đường ở chuột.
Đây là một cải tiến đáng kể so với các phương pháp điều trị tương tự với các chủng vi khuẩn được thiết kế trong phòng thí nghiệm không có nguồn gốc bản địa, nơi thường cần nhiều hơn một phương pháp điều trị. Và những vi khuẩn được biến đổi gen này không tồn tại trong ruột của vật chủ lâu hoặc liên tục như phương pháp E. coli tự nhiên được xác định bởi nhóm của Giáo sư Zarrinpar.
>> Tham khảo: Làm thế nào một loại nấm thông thường loại bỏ thủy ngân độc hại khỏi đất và nước?
Ngoài việc ảnh hưởng thành công đến bệnh tiểu đường ở chuột, nhóm cũng có thể thực hiện một sửa đổi tương tự đối với vi khuẩn E. coli chiết xuất từ ruột người.
Mặc dù họ đã chứng minh được những kết quả đáng kể, nhưng việc chế tạo vi khuẩn bản địa đi kèm với một loạt thách thức khác. Zarrinpar cho biết: “Vi khuẩn bản địa có khả năng chống lại các biến đổi rất cao; đó là một phần trong cơ chế bảo vệ bẩm sinh của chúng”.
Dữ liệu của họ cho thấy rằng việc chèn một gen vào vi khuẩn bản địa có tỷ lệ thành công thấp hơn khoảng 100 lần so với việc làm như vậy với vi khuẩn chủng trong phòng thí nghiệm, nhưng Zarrinpar và nhóm của ông đang tối ưu hóa quy trình này. “Hiện có nhiều công cụ kỹ thuật di truyền mới cho phép chúng tôi thiết kế những vi khuẩn này hiệu quả hơn,” Zarrinpar nói.
>> Tham khảo: Cách tiếp cận mới tăng gấp đôi hiệu quả chỉnh sửa tế bào gốc.
Nhóm đang lên kế hoạch sử dụng công nghệ này để tìm cách điều trị nhiều bệnh hơn. “Chúng tôi đang mơ lớn,” Zarrinpar nói. “Công nghệ này là thứ có khả năng mở ra ứng dụng của liệu pháp vi sinh vật để tác động đến rất nhiều bệnh mãn tính và di truyền khác nhau.”
