ابتكر العلماء مفتاحًا حراريًا للبكتيريا للتحكم في توصيل الدواء

Barth van Rossum

تشير دراسة جديدة أجراها معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا إلى التحكم في درجة حرارة البكتيريا المعدلة وراثيًا. سيوصلون الدواء إلى العضو المطلوب ، ومن ثم التدمير الذاتي. من المفترض أن تساعد هذه التقنية في مكافحة السرطان والأمراض الأخرى.

تم بالفعل اختبار الميكروبات لقدرتها على مكافحة الأمراض. ولكن يتم توجيههم إلى الجسم بدون هدف واضح بما فيه الكفاية ، فهم ، كقاعدة عامة ، ليس فقط في موقع الورم ، ولكن أيضًا أعضاء أخرى. إذا أطلقت البكتيريا الدواء في الجزء الخطأ من الجسم ، فقد يكون العلاج غير فعال أو ينطوي على آثار جانبية سلبية.

أظهرت تجربة الفئران أن الأطباء يمكنهم التحكم في الميكروبات العلاجية التي تم تطويرها في المختبر. إذا تم إدخال البكتيريا المصممة إلى المريض ، فيمكن نظريًا توصيل الدواء إلى العضو التالف فقط. من أجل أن "تفهم" الميكروبات العضو الذي توصل الدواء إليه ، يقوم الأطباء بتسخين أنسجة العضو بلطف باستخدام الموجات فوق الصوتية.

يمكن أن تعمل البكتيريا كعوامل خاصة لمكافحة الأمراض في أجسامنا. وفقًا للأستاذ المساعد للهندسة الكيميائية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي للدراسة ، ميخائيل شابيرو ، يعمل هو وفريقه على إنشاء "أجهزة اتصال لاسلكية" حتى تتمكن من الاستماع والتحدث مع الكائنات الحية الدقيقة. الهدف الرئيسي للعالم هو إنشاء طرق جديدة للتحكم وتصور الخلايا البكتيرية والبشرية للأغراض العلاجية.

لإنشاء انفصال متحكم فيه للبكتيريا ، التقط العلماء أولاً المفاتيح المناسبة. يجب أن تكون أنشطتها قابلة للتحكم في درجة الحرارة. في النهاية ، حددوا اثنين "محظوظين". الأول هو بروتين السالمونيلا ، والثاني يأتي من بكتيريا الفيروس ويسمى عاثية البكتيريا. يرتبط كلا البروتينين بالحمض النووي ويقومان بتشغيل / إيقاف السلسلة الجينية استجابة لتغيرات درجة الحرارة.

ثم استخدم فريق البحث تقنية هندسة البروتين - التطور الموجه ، الذي استخدمه فرانسيس أرنولد من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا - لتطوير البروتينات في المختبر وضبط درجة حرارة التبديل. لذلك ، يتم تنشيط بروتين السالمونيلا في البداية عند درجة حرارة 42-44 درجة مئوية. باستخدام التطور الموجه ، يقوم العلماء بإنشاء مجموعات من المواد العضوية ، والتي تكون درجة حرارة التنشيط فيها 36-39 درجة. عندما تستخدم هذه المفاتيح الحرارية الجينية للسيطرة على البكتيريا العلاجية ، فإنها تنشط أو تعطل العلاج عند درجة حرارة معينة.

وتبين الدراسة أيضًا أنه إذا بدأ المريض يشعر بحالة أسوأ أو ارتفعت درجة حرارته بشكل حاد ، فإن "العوامل الخاصة" التي يتم إدخالها إلى الجسم قادرة على تعليق العلاج أو التدمير الذاتي. الحرارة هي نوع من الإشارة إلى أن العلاج لا يعمل. سيشعر المريض بتحسن إذا توقفت البكتيريا عن نشاطها.

وجد فريق من العلماء بقيادة شابيرو تطبيقًا آخر لهذه التقنية. أظهروا كيف تدمر البكتيريا نفسها بمجرد مغادرة الجسم البشري من خلال التغوط. تنشط درجة الحرارة المنخفضة خارج الجسم التبديل الحراري للبكتيريا المعدلة. لا يمكنك أن تخاف من انتشار الكائنات الحية الدقيقة المعدلة وراثيا في البيئة. يؤكد شابيرو أن مثل هذا "التبديل" الحراري يمكن أن يتحكم في سلوك البكتيريا.

إن استراتيجية استخدام الكائنات الحية الدقيقة المعدلة وراثيا لمكافحة المرض هي جزء من العلاج الميكروبي سريع التطور. تبدو واعدة جدا. أظهرت الدراسات السابقة أن بعض البكتيريا تنتقل بشكل متعمد إلى مناطق بها أورام لأنها تفضل أن تكون في بيئة ذات محتوى منخفض من الأكسجين. يمكن السيطرة على هذه البكتيريا من أجل "إطلاق" العقار المدمر للورم. في دراسات أخرى ، تعمل البكتيريا التي تدخل إلى الأمعاء كعوامل منقذة للحياة وتطلق الجزيئات ، وبالتالي تقلل الالتهاب. لكن المشكلة هي أنها يمكن أن "تؤذي" الأعضاء الأخرى التي لا تحتاج إلى علاج.

الطريقة التي طورها مختبر شابيرو تحل هذه المشكلة. يقدم العلماء آلية "لإرشاد" البكتيريا التي يجب أن توجه فيها قوتها في منطقة تشريحية محددة وتوصيل الدواء اللازم. والفكرة هي أن الكائنات الحية الدقيقة المعدلة وراثيا سوف تنشط برنامجها العلاجي عند درجة حرارة محددة تسببها أجهزة الموجات فوق الصوتية. يسخنون الأنسجة برفق إلى أقرب مليمتر. من الناحية النظرية ، يمكن للطبيب أن يرسل "انفصال" إلى جسم المريض المصاب بالسرطان ، وبعد ذلك ، بالتركيز على منطقة الورم ، "يسبب" البكتيريا التي ستقاومه. الباحثون واثقون من قدرتهم على التحكم في نشاط البكتيريا في المكان والزمان. يمكنهم التواصل معهم ويقولون أين ومتى يجب القيام بشيء ما.

"عندما فكرنا في كيفية تعليم البكتيريا على الشعور بدرجة الحرارة ، درسنا الطبيعة. لذلك تم اكتشاف العديد من الأنظمة حيث يمكن للبكتيريا القيام بذلك. لقد تحققنا من أدائها واخترنا الكائنات الحية الدقيقة التي استسلمت بشكل أفضل للمحول الحراري. ثم ذهبنا أبعد من ذلك بحثًا عن أداة من شأنها أن تساعد على ضبط عمل البكتيريا وتعزيزها. بدأ كل شيء بما أعطته لنا الطبيعة ، وساعدتنا الهندسة في الحصول على بقية الطريق "، كما يقول دان بيرانر ، المؤلف المشارك للدراسة.

تم نشر العمل العلمي في مكتبة Caltech 14 نوفمبر 2016
DOI: 10.1038 / nchembio.2233

Source: https://habr.com/ru/post/ar399319/