تعيش تريليونات الكائنات الحية الدقيقة في أمعاء الثدييات ، والتي تؤثر بطريقة أو بأخرى على صحة الأمراض وحدوثها. معظمها يتم دراسته بشكل سيئ من قبل العلم الحديث ، ولم يتم تطوير العديد من التقنيات لدراسة العمليات التي تحدث في الأمعاء.
لكن البكتيريا شكلت مستشعرات مشفرة وراثيا على مدى عشرات الآلاف من السنين تتعرف على أنواع مختلفة من الجسيمات. لذلك ، فإن البكتيريا الحسية المعدلة وراثيا لديها إمكانات كافية لدراسة الأمعاء وتشخيص الأمراض المعوية. مثل الكهربائيين الذين يصممون الدوائر لأسلاكهم ومكوناتهم الإلكترونية ، يستخدم علماء الأحياء الدوائر الجينية لبرمجة مخلوقات أحادية الخلية لأداء عمليات معالجة المعلومات المعقدة.
ابتكر
علماء الأحياء في جامعة رايس بكتيريا معوية يمكنها التعرف على التهاب القولون - التهاب القولون - في الفئران. في المستقبل ، يمكن استخدام التطور لدراسة كيفية تفاعل البكتيريا المعوية مع جسم الإنسان على المستوى الجزيئي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون البكتيريا نوعًا من الاختبار لرصد حالة وأمراض الأمعاء.
في عملهم السابق ، افترضوا أن التغيرات في الكائنات الحية الدقيقة المعوية ، والاستعداد الوراثي ، وعوامل أخرى يمكن أن تؤثر بطريقة أو بأخرى على حدوث وتطور أمراض الأمعاء الالتهابية - مرض كرون والتهاب القولون التقرحي.
بناءً على عدد من الدراسات السابقة الأخرى ، خلص العلماء إلى أن عدد جزيئات
ثيوسلفات يمكن زيادتها أثناء التهاب القولون. كان من الصعب عليهم دراسة هذا الارتباط ، لأنه لا توجد أدوات لأداة موثوقة لقياس ثيوسلفات في الحيوانات. كان الهدف الأول لفريق العلماء هو تطوير مثل هذه الأداة.
بدأ العمل في المشروع في عام 2015 ، وكانت فكرته استخدام البكتيريا الحسية. في هذه الحالة ، نحن نتحدث عن E. coli المعدلة وراثيًا (
Escherichia coli ) ، والتي ، بعد التعديل ، يجب أن تحدد thiosulfate والمركبات المرتبطة به المحتوية على الكبريت. هناك علاقة بين استقلاب الكبريت في الأمعاء والالتهاب ، وعلم العلماء أنه من أجل تشخيص التهاب القولون ، يجب قياسها.
تمكن الباحثون من الحصول على فهم جيد لطرق برمجة الإشريكية القولونية. بدأت البكتيريا في إنتاج بروتين أخضر فلوري استجابة لمنبهات معينة. حتى الآن ، لا يوجد كائن حي آخر يعرف الجينات التي يمكن استخدامها لتحديد ثيوسلفات. يوجد كمية صغيرة فقط للمركبات الأخرى.
في عام 2015 ، استخدم مؤلف الدراسة رافي شيت ، برنامج كمبيوتر لتحديد أجهزة الاستشعار المحتملة للثيوسلفات والمركبات الأخرى في جينوم
Shewanella - نوع البكتيريا التي تعيش في الرواسب البحرية. يقترح فريق من العلماء أن Shewanella ربما تتنفس هذه الجزيئات وتستخدم أجهزة الاستشعار لتشغيل الإنزيمات المناسبة في وجودها.
أمضى علماء الأحياء عامًا واحدًا في تطوير بكتيريا E. coli معدلة للاستجابة للمؤشرات الحيوية المحتملة ، وتغيير لونها إلى اللون الأخضر. استغرق الأمر عامًا آخر لإثبات أن النظام يعمل ويكتشف في الواقع التهاب القولون في الفئران.
اضطر الباحثون إلى ابتلاع قطرتين بمليار من البكتيريا مع أجهزة استشعار لكل من الفئران السليمة والفئران المصابة بالتهاب القولون. بعد ست ساعات ، قام العلماء بقياس نشاط البكتيريا في كل مجموعة. يمكن الكشف عن بروتين التحكم الأخضر باستخدام مقياس
التدفق الخلوي .
وجد الفريق أن جهاز استشعار ثيوسلفات تم تنشيطه في الفئران بالتهاب ولم يتم تنشيطه في الفئران السليمة. بالإضافة إلى ذلك ، وجد أنه كلما كان الالتهاب أقوى ، كانت أجهزة الاستشعار أكثر نشاطًا. من غير المعروف حتى الآن ما إذا كانت مستويات الثيوسلفات المرتفعة يمكن أن تكون مؤشرًا موثوقًا به لالتهاب القولون لدى البشر ، ولكن يمكن تعديل البكتيريا الحسية للاستجابة للمركبات أو الجزيئات الأخرى.
في المستقبل ، يخطط الباحثون لتطوير اختبار لالتهاب في المنزل ، والذي في حالة المرض سيغير لون البراز. سيساعد هذا الاختبار على تقليل زيارات الطبيب غير الضرورية والمكلفة وإجراءات تنظير القولون. لتحقيق هذا الهدف ، بدأ الفريق العمل مع
أطباء الجهاز الهضمي من
كلية بايلور للطب .
تم نشر العمل العلمي في مجلة Molecular Systems Biology في 3 أبريل 2017.
دوى:
10.15252 / msb.20167416