Triliunan mikroorganisme hidup di usus mamalia, yang dalam satu atau lain cara mempengaruhi kesehatan dan terjadinya penyakit. Sebagian besar dari mereka kurang dipelajari oleh sains modern, dan tidak banyak teknologi yang dikembangkan untuk mempelajari proses yang terjadi di usus.
Tetapi bakteri telah membentuk sensor yang dikodekan secara genetika selama puluhan ribu tahun yang mengenali berbagai jenis partikel. Oleh karena itu, bakteri sensorik yang dimodifikasi secara genetik memiliki potensi yang cukup untuk mempelajari usus dan mendiagnosis penyakit usus. Seperti listrik yang mendesain sirkuit untuk kabel dan komponen elektroniknya, ahli biologi menggunakan sirkuit genetik untuk memprogram makhluk bersel tunggal untuk melakukan operasi pemrosesan informasi yang kompleks.
Ahli biologi Rice University telah menciptakan bakteri usus yang dapat mengenali kolitis - radang usus besar - pada tikus. Di masa depan, pengembangan dapat digunakan untuk mempelajari bagaimana bakteri usus berinteraksi dengan tubuh manusia di tingkat molekuler. Selain itu, bakteri dapat menjadi semacam tes untuk memantau kondisi dan penyakit usus.
Dalam karya mereka sebelumnya, mereka membuat asumsi bahwa perubahan mikrobiota usus, kecenderungan genetik, dan faktor-faktor lain pasti dapat mempengaruhi timbulnya dan perkembangan penyakit radang usus - penyakit Crohn dan kolitis ulserativa.
Berdasarkan sejumlah penelitian sebelumnya lainnya, para ilmuwan telah menyimpulkan bahwa jumlah molekul
tiosulfat dapat meningkat selama kolitis. Sulit bagi mereka untuk mempelajari hubungan ini, karena tidak ada alat untuk alat yang dapat diandalkan untuk mengukur tiosulfat pada hewan. Tujuan pertama dari tim ilmuwan adalah mengembangkan alat semacam itu.
Pekerjaan proyek dimulai pada 2015, dan idenya adalah menggunakan bakteri sensorik. Dalam hal ini, kita berbicara tentang E. coli yang dimodifikasi secara genetik (
Escherichia coli ), yang, setelah modifikasi, harus menentukan tiosulfat dan senyawa yang mengandung sulfur yang terkait. Ada hubungan antara metabolisme belerang di usus dan peradangan, dan para ilmuwan tahu bahwa untuk mendiagnosis peradangan usus besar, mereka perlu diukur.
Para peneliti berhasil memahami metode pemrograman Escherichia coli. Bakteri mulai menghasilkan protein hijau neon sebagai respons terhadap rangsangan tertentu. Sejauh ini, tidak ada organisme lain yang tahu gen yang akan digunakan untuk menentukan tiosulfat. Sejumlah kecil hanya ada untuk senyawa lain.
Pada 2015, rekan penulis studi ini, Ravi Shet, menggunakan program komputer untuk mengidentifikasi sensor potensial tiosulfat dan senyawa lain dalam genom
Shewanella - jenis bakteri yang hidup dalam sedimen laut. Sebuah tim ilmuwan menyarankan bahwa Shewanella mungkin menghirup molekul-molekul ini dan menggunakan sensor untuk menyalakan enzim yang tepat di hadapan mereka.
Ahli biologi menghabiskan satu tahun mengembangkan bakteri E. coli yang dimodifikasi untuk menanggapi biomarker potensial, mengubah warnanya menjadi hijau. Butuh satu tahun lagi untuk membuktikan bahwa sistem itu bekerja dan benar-benar mendeteksi peradangan usus besar pada tikus.
Para peneliti terpaksa menelan dua tetes dengan satu miliar bakteri dengan sensor untuk tikus sehat dan tikus dengan kolitis. Enam jam kemudian, para ilmuwan mengukur aktivitas bakteri di masing-masing kelompok. Kontrol protein hijau dapat dideteksi menggunakan
flow cytometer .
Tim menemukan bahwa sensor tiosulfat diaktifkan pada tikus dengan peradangan dan tidak diaktifkan pada tikus yang sehat. Selain itu, ditemukan bahwa semakin kuat peradangan, semakin aktif sensornya. Belum diketahui apakah kadar tiosulfat yang meningkat dapat menjadi indikator kolitis yang dapat diandalkan pada manusia, tetapi bakteri sensorik dapat dimodifikasi untuk merespons senyawa atau molekul lain.
Di masa depan, para peneliti berencana untuk mengembangkan tes untuk peradangan di rumah, yang dalam kasus penyakit akan mengubah warna tinja. Tes semacam itu akan membantu mengurangi kunjungan dokter dan prosedur kolonoskopi yang tidak perlu dan mahal. Untuk mencapai tujuan ini, tim mulai bekerja dengan ahli gastroenterologi dari
Baylor College of Medicine .
Karya ilmiah ini diterbitkan dalam jurnal Molecular Systems Biology pada 3 April 2017.
DOI:
10.15252 / msb.20167416