Para ilmuwan telah menciptakan saklar termal bagi bakteri untuk mengontrol pengiriman obat

Barth van Rossum

Sebuah studi baru oleh California Institute of Technology menyarankan untuk mengontrol suhu bakteri yang dimodifikasi secara genetis. Mereka akan mengirimkan obat ke organ yang diinginkan, dan kemudian dihancurkan sendiri. Agaknya, teknologi ini akan membantu memerangi kanker dan penyakit lainnya.

Mikroba telah diuji kemampuannya melawan penyakit. Tetapi diarahkan ke dalam tubuh tanpa tujuan yang cukup jelas, mereka, sebagai suatu peraturan, tidak hanya di lokasi tumor, tetapi juga organ lain. Jika bakteri melepaskan obat di bagian tubuh yang salah, pengobatan mungkin tidak efektif atau menimbulkan efek samping negatif.

Eksperimen tikus menunjukkan bahwa dokter dapat mengontrol mikroba terapeutik yang dikembangkan di laboratorium. Jika bakteri yang dirancang diperkenalkan kepada pasien, maka secara teori mereka dapat mengirimkan obat hanya ke organ yang rusak. Agar mikroba dapat "memahami" organ mana yang harus mengantarkan obat, dokter dengan lembut memanaskan jaringan organ dengan ultrasound.

Bakteri dapat bertindak sebagai agen pengontrol penyakit khusus dalam tubuh kita. Menurut associate professor teknik kimia di California Institute of Technology dan penulis utama studi ini, Mikhail Shapiro, ia dan timnya sedang mengerjakan penciptaan "walkie-talkies" sehingga Anda dapat mendengarkan dan berbicara dengan mikroorganisme. Tujuan utama ilmuwan adalah menciptakan metode kontrol dan visualisasi baru sel bakteri dan manusia untuk tujuan terapeutik.

Untuk membuat detasemen bakteri yang terkontrol, para ilmuwan pertama-tama mengambil sakelar yang sesuai. Aktivitas mereka harus dikontrol suhu. Pada akhirnya, mereka mengidentifikasi dua "yang beruntung." Yang pertama adalah protein Salmonella , dan yang kedua berasal dari bakteri virus dan disebut bakteriofag. Kedua protein mengikat DNA dan menghidupkan / mematikan rantai genetik sebagai respons terhadap perubahan suhu.

Tim peneliti kemudian menggunakan teknik rekayasa protein - evolusi terarah, yang pertama kali digunakan oleh Francis Arnold dari California Institute of Technology - untuk mengembangkan protein di laboratorium dan menyesuaikan suhu switching. Jadi, protein salmonella awalnya diaktifkan pada suhu 42-44 derajat Celcius. Dengan menggunakan evolusi terarah, para ilmuwan menciptakan kombinasi zat organik, suhu aktivasi 36-39 derajat. Ketika saklar termal genetik ini digunakan untuk mengontrol bakteri terapeutik, mereka mengaktifkan atau menonaktifkan terapi pada suhu tertentu.

Penelitian ini juga menunjukkan bahwa jika pasien mulai merasa lebih buruk atau suhunya meningkat tajam, "agen khusus" yang dimasukkan ke dalam tubuh dapat menunda pengobatan atau penghancuran diri. Panas adalah semacam sinyal bahwa terapi tidak bekerja. Pasien akan merasa lebih baik jika bakteri menghentikan aktivitasnya.

Sebuah tim ilmuwan yang dipimpin oleh Shapiro telah menemukan aplikasi lain dari teknologi ini. Mereka menunjukkan bagaimana bakteri merusak diri sendiri begitu mereka meninggalkan tubuh manusia melalui buang air besar. Suhu yang lebih rendah di luar tubuh mengaktifkan saklar termal dari bakteri yang dimodifikasi. Anda tidak perlu takut bahwa mikroorganisme yang dimodifikasi secara genetik dapat menyebar di lingkungan. Shapiro memastikan bahwa "saklar" termal semacam itu dapat mengendalikan perilaku bakteri.

Strategi untuk menggunakan mikroorganisme yang dimodifikasi secara genetik untuk melawan penyakit adalah bagian dari terapi mikroba yang berkembang pesat. Dia terlihat cukup menjanjikan. Studi sebelumnya telah menunjukkan bahwa beberapa bakteri secara alami dengan sengaja pindah ke daerah dengan tumor karena mereka lebih suka berada di lingkungan dengan kandungan oksigen yang rendah. Bakteri ini dapat dikontrol untuk "melepaskan" obat penghancur tumor. Dalam penelitian lain, bakteri yang dimasukkan ke dalam usus bertindak sebagai agen penyelamat kehidupan dan melepaskan molekul, sehingga mengurangi peradangan. Tetapi masalahnya adalah mereka bisa "melukai" organ lain yang tidak membutuhkan terapi.

Metode yang dikembangkan oleh laboratorium Shapiro memecahkan masalah ini. Para ilmuwan menyediakan mekanisme untuk "menginstruksikan" bakteri di mana area anatomi spesifik mereka harus mengarahkan kekuatan mereka dan memberikan obat yang diperlukan. Idenya adalah bahwa mikroorganisme yang dimodifikasi secara genetik akan mengaktifkan program terapeutik mereka pada suhu tertentu yang disebabkan oleh instrumen ultrasonik. Mereka dengan lembut memanaskan jaringan ke milimeter terdekat. Secara teoritis, dokter dapat mengarahkan "detasemen" ke dalam tubuh pasien dengan kanker, dan kemudian, dengan fokus pada area tumor, "menyebabkan" bakteri yang akan melawannya. Para peneliti yakin bahwa mereka dapat mengontrol aktivitas bakteri dalam ruang dan waktu. Mereka dapat berkomunikasi dengan mereka dan mengatakan di mana dan kapan sesuatu harus dilakukan.

“Ketika kami berpikir tentang cara mengajar bakteri merasakan suhu, kami mempelajari alam. Jadi beberapa sistem ditemukan di mana bakteri dapat melakukan ini. Kami memeriksa kinerjanya dan memilih mikroorganisme yang paling baik menyerah pada sakelar termal. Kemudian kami melangkah lebih jauh untuk mencari alat yang akan membantu menyetel dan meningkatkan aksi bakteri. Itu semua dimulai dengan apa yang diberikan alam kepada kami, dan rekayasa membantu kami menyelesaikan sisanya, ”kata Dan Piraner, rekan penulis studi ini.

Karya ilmiah yang diterbitkan di Perpustakaan Caltech 14 November 2016
DOI: 10.1038 / nchembio.2233

Source: https://habr.com/ru/post/id399319/