Для чего учёные изменили гены кишечных бактерий прямо в живых мышах
Учёные во Франции разработали инструмент для редактирования генов, который может изменять бактерии, населяющие непосредственно живых мышей. Для этого использовали новую разновидность редактора генов, чтобы модифицировать целевой ген более чем в 90% колоний Escherichia coli в кишечнике мыши. Это научное название кишечной палочки — вида бактерий, распространённых во внутренностях теплокровных животных, сокращённо — E. coli.
Синтетический биолог Ксавье Дюпорте — соучредитель биотехнологической компании в Париже Eligo Bioscience. Он рассказал, что они с коллегами просто мечтали о возможности осуществить подобную генную модификацию.
Важно пояснить, что такое система CRISPR-Cas. CRISPR в составе микробов — это короткие повторы генетической информации, расположенные группами. Cas — это прилегающие к ним кластеры генов. Система CRISPR-Cas содержит фрагменты ранее атаковавших клетку микробов. В общем, таким образом формируется иммунитет. Системы CRISPR-Cas обнаружены примерно у половины бактерий вообще.
Ранее наука уже освоила метод редактировать CRISPR-Cas для уничтожения вредных бактерий в кишечнике мышей. Технологии редактирования геномов при помощи системы CRISPR-Cas позволяют вносить изменения в ДНК, не разрезая цепочку нуклеотидов (строительных блоков для биологических соединений), а лишь заменяя основание.
Итак, Дюпорте с коллегами хотели изменить бактерии в микробиоме (микрофлоре) кишечника, не убивая их. Для этого они использовали редактор оснований, который заменяет одно нуклеотидное основание другим — например, преобразуя компонент A в G, — не разрушая двойную цепь ДНК.
До сих пор основным известным редакторам оснований не удавалось в достаточной степени модифицировать целевую популяцию бактерий, чтобы она была эффективной. Это связано с тем, что прежде удавалось воздействовать лишь на некоторые рецепторы, которые распространены в лабораторных культурах бактерий. То есть на бактерии в пробирках, а не в организме животных.
Чтобы решить задачу, группа биологов разработала средство из фрагментов бактериофага, то есть вируса, поражающего бактерии. Вирус воздействует на несколько восприимчивых участков кишечной палочки. Эти фрагменты содержали базовый редактор, нацеленный на конкретные гены E. coli. Исследователи также усовершенствовали систему, чтобы предотвратить репликацию (копирование) и распространение доставляемого им генетического материала, когда он уже внутри бактерий.
Итак, биологи внедрили базовый редактор в организм мышей и использовали его для замены компонента кода A на G в гене E. coli, который производит лактамазы — ферменты, определяющие устойчивость бактерий к нескольким типам антибиотиков. Примерно через восемь часов после того, как животным подсадили новое средство, в их кишечнике удалось отредактировать около 93% целевых бактерий.
Затем исследователи адаптировали базовый редактор, чтобы он мог модифицировать ген E. coli, производящий белок, который должен играть роль в нескольких нейродегенеративных и аутоиммунных заболеваниях. Доля отредактированных бактерий колебалась около 70% через три недели после того, как мыши прошли через генную обработку.
Учёные утверждают, что в лаборатории можно также использовать созданный инструмент для редактирования штаммов E. coli и другой распространённой бактерии Klebsiella pneumoniae, которая может вызывать пневмонию. Это говорит о том, что разработанная система редактирования может быть настроена для воздействия на различные штаммы и виды бактерий.
Чейз Бейзел — инженер-химик из Института исследований инфекций на основе РНК имени Гельмгольца в Вюрцбурге, Германия. Он назвал новую систему редактирования бактериальных генов «критически важным скачком вперед» в разработке инструментов, которые могут модифицировать бактерии непосредственно внутри кишечника. Исследование «открывает возможность редактирования микробов для борьбы с болезнями», добавил эксперт.
Следующим шагом Дюпорте и его коллег станет выведение лабораторных мышей с заболеваниями, вызванными составом микробов в их организме. Это позволило бы оценить, удастся ли исцелить подопытных новым способом.
Синтетический биолог Ксавье Дюпорте — соучредитель биотехнологической компании в Париже Eligo Bioscience. Он рассказал, что они с коллегами просто мечтали о возможности осуществить подобную генную модификацию.
Важно пояснить, что такое система CRISPR-Cas. CRISPR в составе микробов — это короткие повторы генетической информации, расположенные группами. Cas — это прилегающие к ним кластеры генов. Система CRISPR-Cas содержит фрагменты ранее атаковавших клетку микробов. В общем, таким образом формируется иммунитет. Системы CRISPR-Cas обнаружены примерно у половины бактерий вообще.
Ранее наука уже освоила метод редактировать CRISPR-Cas для уничтожения вредных бактерий в кишечнике мышей. Технологии редактирования геномов при помощи системы CRISPR-Cas позволяют вносить изменения в ДНК, не разрезая цепочку нуклеотидов (строительных блоков для биологических соединений), а лишь заменяя основание.
Итак, Дюпорте с коллегами хотели изменить бактерии в микробиоме (микрофлоре) кишечника, не убивая их. Для этого они использовали редактор оснований, который заменяет одно нуклеотидное основание другим — например, преобразуя компонент A в G, — не разрушая двойную цепь ДНК.
До сих пор основным известным редакторам оснований не удавалось в достаточной степени модифицировать целевую популяцию бактерий, чтобы она была эффективной. Это связано с тем, что прежде удавалось воздействовать лишь на некоторые рецепторы, которые распространены в лабораторных культурах бактерий. То есть на бактерии в пробирках, а не в организме животных.
Чтобы решить задачу, группа биологов разработала средство из фрагментов бактериофага, то есть вируса, поражающего бактерии. Вирус воздействует на несколько восприимчивых участков кишечной палочки. Эти фрагменты содержали базовый редактор, нацеленный на конкретные гены E. coli. Исследователи также усовершенствовали систему, чтобы предотвратить репликацию (копирование) и распространение доставляемого им генетического материала, когда он уже внутри бактерий.
Итак, биологи внедрили базовый редактор в организм мышей и использовали его для замены компонента кода A на G в гене E. coli, который производит лактамазы — ферменты, определяющие устойчивость бактерий к нескольким типам антибиотиков. Примерно через восемь часов после того, как животным подсадили новое средство, в их кишечнике удалось отредактировать около 93% целевых бактерий.
Затем исследователи адаптировали базовый редактор, чтобы он мог модифицировать ген E. coli, производящий белок, который должен играть роль в нескольких нейродегенеративных и аутоиммунных заболеваниях. Доля отредактированных бактерий колебалась около 70% через три недели после того, как мыши прошли через генную обработку.
Учёные утверждают, что в лаборатории можно также использовать созданный инструмент для редактирования штаммов E. coli и другой распространённой бактерии Klebsiella pneumoniae, которая может вызывать пневмонию. Это говорит о том, что разработанная система редактирования может быть настроена для воздействия на различные штаммы и виды бактерий.
Чейз Бейзел — инженер-химик из Института исследований инфекций на основе РНК имени Гельмгольца в Вюрцбурге, Германия. Он назвал новую систему редактирования бактериальных генов «критически важным скачком вперед» в разработке инструментов, которые могут модифицировать бактерии непосредственно внутри кишечника. Исследование «открывает возможность редактирования микробов для борьбы с болезнями», добавил эксперт.
Следующим шагом Дюпорте и его коллег станет выведение лабораторных мышей с заболеваниями, вызванными составом микробов в их организме. Это позволило бы оценить, удастся ли исцелить подопытных новым способом.
- Дмитрий Ладыгин
- freepik.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Радиационная «бомба замедленного действия» обнаружена в Чернобыле: и они до сих пор готова «взрываться»
Новые опыты покажут, каким будет зона отчуждения для следующих поколений...
Почти детективная история: в Ленобласти обнаружен самый большой клад серебра за всю историю
Среди находок две уникальные монеты, которых всего четыре в мире, включая, а также языческие вороны Одина… среди православных крестов...
Главный поджигатель в истории Австралии: почему ученые обвиняют капитана Джеймса Кука в постоянных мегапожарах на Зеленом континенте?
Воскрешение традиции, которую сломали британские колонизаторы, поможет «потушить» Пылающую Австралию...
Тайна Мертвого моря: что «кипятит» водоем изнутри, рассказали ученые
Оказалось, что в кристалликах соли скрыта история прошедших эпох...
Искусственный интеллект «ненавидит»… белых мужчин: новое исследование еще раз подтвердило западный тренд
Появление нейросетей значительно ухудшило положение одной из групп белого населения в Америке и Европе...
100-летняя страшная история с черепами у древнеегипетских гробниц наконец-то прояснилась
Неожиданно оказалось, что человеческие жертвоприношения 5000 лет назад совершались совсем не так, как описано в древних табличках...
Аура цвета индиго: как появился этот феномен и кем в итоге стали уникальные дети
Их называли будущим человечества, но чуда не случилось. Разбираемся, почему так произошло...
Секрет марсианского «невозможного» облака-призрака наконец-то разгадан
Как оказалось, на Красной планете работает физика, которая на Земле считалась чистой теорией...
Шуховскую башню в Москве начали разбирать: почему правнук великого русского инженера против такой «реконструкции»?
Где главный промах московских властей и чем восстановление отличается реконструкции?...
Таинственные траншеи в Австралии помогут открыть скрытые пещеры на Марсе
Равнина, которая 14 миллионов лет без воды, подсказала ученым, как расшифровывать фотографии с Красной планеты...
Пустая еда: почему за 60 лет наши продукты потеряли половину полезных веществ и микроэлементов
По словам исследователей, мир находится в состоянии скрытого голода: калорий, вроде бы, хватает, а витаминов и минералов нет...
Крестик XII века показал, настолько ученые ошибались в истории древнего Смоленска
Скромный артефакт из редкого материала оказался для археологов дороже серебряного клада...
«Мясной фарш» для Гитлера: как виртуозная операция в 1943 году решила ход битвы за Италию
Дерзко, остроумно и с огромной долей везения: британский план висел на волоске, но Лондону помогли… сами немцы...