Un système génétique de signe-boîte de vitesses pour le microbiome d'intestin

Plus de 1.000 substances des bactéries ont été recensées dans l'intestin humain, et comprenant ce « microbiome » incroyablement divers qui peut grand influencer la santé et la maladie est un thème d'actualité dans la recherche scientifique. Puisque des bactéries par habitude sont génétiquement conçues dans des laboratoires de science, il y a excitation grande au sujet de la possibilité de tordre les gènes de nos intrus intestinaux de sorte qu'ils puissent faire davantage que juste résumé d'aide notre nourriture (par exemple, les informations sur les enregistrements au sujet de la condition de l'intestin en temps réel, enregistrent la présence de la maladie, etc.). Cependant, peu est connu au sujet de la façon dont toutes ces différentes tensions communiquent les uns avec les autres, et de s'il est même possible de produire les genres de voies de signalisation qui permettraient à l'information d'être réussie entre elles.

Maintenant, les chercheurs de l'institut de Wyss à l'Université de Harvard, la Faculté de Médecine de Harvard (HMS), et l'hôpital de Brigham et de femmes ont avec succès conçu un système génétique de signe-boîte de vitesses dans lequel un signe moléculaire envoyé par des bactéries de salmonella typhimurium en réponse à un caractère indicateur environnemental peut être reçu et enregistré par Escherichia coli dans l'intestin d'une souris, portant à des scientifiques une opération plus près de développer « un microbiome synthétique » composé de bactéries qui sont programmées remplir des fonctionnements spécifiques. L'étude est rapportée dans la biologie de synthétique d'ACS.

« Afin d'améliorer la santé des personnes par les bactéries conçues d'intestin, nous devons commencer à figurer à l'extérieur comment effectuer les bactéries communiquer, » a dit Suhyun Kim, un étudiant de troisième cycle dans le laboratoire de l'argent de Pamela à l'institut et à la voie HMP de Wyss, qui est le premier auteur du papier. « Nous voulons nous assurer que, car le probiotics conçu se développent, nous avons des moyens de les combiner et régler en harmonie. »

L'équipe a armé une capacité qui se produit naturellement dans quorum appelé de quelques souches de bactéries le « détectant, » dans ce que les bactéries envoient et reçoivent aux molécules de signe qui indiquent la densité générale de la colonie bactérienne et règlent l'expression de beaucoup de gènes impliqués dans des activités de groupe. Un type particulier de quorum détectant connu sous le nom d'on n'a pas encore observé la lactone d'acyle-homosérine (acyle-HSL) détectant dans l'intestin mammifère, ainsi l'équipe décidée pour voir si elles pourraient repurpose son système de signalisation produire un système de transfert de l'information bactérien utilisant le génie génétique.

Les chercheurs ont introduit deux circuits génétiques neufs dans différentes colonies d'une tension des bactéries d'Escherichia coli : un circuit de « signaleur », et un circuit de « répondeur ». Le circuit de signaleur contient une copie unique d'un luxI appelé de gène qui est allumé par l'anhydrotetracycline de molécule (ATC) et produit une molécule de quorum-détection de signalisation. Le circuit de répondeur est structuré tels que quand la molécule de signalisation grippe à elle, un hôte appelé de gène est activé pour produire l'hôte de protéine, qui allume alors un « élément de mémoire » dans le circuit de répondeur. L'élément de mémoire exprime deux gènes complémentaires : Un LacZ et une copie différente d'hôte. L'expression de LacZ fait tourner la bactérie le bleu si plaqué sur un agar spécial, de ce fait produisant la confirmation visuelle que la molécule de signe a été reçue. La copie supplémentaire de l'hôte forme une boucle de réaction positive qui maintient l'élément de mémoire en circuit, s'assurant que la bactérie continue à exprimer LacZ sur un laps de temps étendu.

Les chercheurs ont confirmé que ce système fonctionne in vitro dans des bactéries d'Escherichia coli et de S. Typhimurium, observant que les bactéries de répondeur ont tourné le bleu quand l'ATC a été ajouté aux bactéries de signaleur. Pour voir si cela fonctionnerait in vivo, ils ont administré des bactéries d'Escherichia coli de signaleur et de répondeur aux souris, et ont puis donné aux souris l'ATC dans leur eau potable pendant deux jours. Quand des échantillons fécaux provenant des souris se sont analysés, plus de la moitié des souris a manifesté les signes clairs de boîte de vitesses du signe 3OC6HSL qui ont persisté après deux jours sur l'ATC.

« Il était passionnant et prometteur que notre système, avec les circuits basés sur copie uniques, peut produire la transmission fonctionnelle dans l'intestin de souris, » a expliqué Kim. « Le génie génétique traditionnel introduit les copies multiples d'un gène d'intérêt dans le génome bactérien par l'intermédiaire des plasmides, qui met un fardeau métabolique élevé sur les bactéries conçues et les cause d'outcompeted facilement par d'autres bactéries dans l'hôte. »

En conclusion, l'équipe répétée in vivo l'expérience, mais a donné aux souris le signaleur S. Typhimurium les bactéries et des bactéries du répondeur d'Escherichia coli, pour voir si le signe pourrait être transmis en travers des espèces différentes de bactéries dans l'intestin de la souris. Toutes les souris ont manifesté des signes de boîte de vitesses de signe, confirmant que les circuits conçus ont permis la transmission entre les espèces différentes de bactéries dans l'environnement complexe de l'intestin mammifère.

Les chercheurs espèrent continuer cette ligne d'instruction en concevant plus de substance des bactéries de sorte qu'ils puissent communiquer, et en recherchant et en développant d'autres molécules de signalisation qui peuvent être employées pour transmettre l'information entre elles.

« Éventuel, nous visons à produire un microbiome synthétique avec complet ou en grande partie substance de bactéries conçue dans notre intestin, qui a un fonctionnement spécialisé (par exemple, trouver et guérir la maladie, produisant les molécules avantageuses, améliorant la digestion, etc.) mais communiquons également avec les autres pour s'assurer qu'ils sont tous équilibrés pour la santé des personnes optimale, » avons dit l'argent correspondant d'auteur, Ph.D., un membre de la faculté de fondation de faisceau de l'institut de Wyss qui est également l'Elliot T. et Onie H. Adams professeur des biochimies et de la biologie de systèmes à la voie HMP.

« Le microbiome est la prochaine frontière dans le médicament ainsi que le bien-être. Conception des technologies neuves pour concevoir les microbes intestinaux pour le meilleur tandis que l'appréciation qu'ils fonctionnent en tant qu'élément d'une communauté complexe, comme a été fait ici, représente un pas en avant important dans ce sens, » a dit directeur de fondation Donald Ingber, M.D., Ph.D., qui est également le professeur de Judah Folkman de la biologie vasculaire à la voie HMP et du programme de biologie vasculaire à l'hôpital pour enfants de Boston, ainsi que professeur de Wyss de la bio-ingénierie en mer.