Un sistema genetico della segnale-trasmissione per il microbiome dell'intestino

Più di 1.000 specie di batteri sono state identificate nell'intestino umano e capendo questo incredibilmente diverso “microbiome„ che può notevolmente urtare la salubrità e la malattia è un tema di attualità nella ricerca scientifica. Poiché i batteri geneticamente sono costruiti ordinariamente nei laboratori di scienza, c'è grande eccitazione circa la possibilità di tweaking i geni dei nostri intrusi intestinali in moda da poterli fare essi di più appena raccolta di guida il nostro alimento (per esempio, le informazioni record sullo stato dell'intestino in tempo reale, riferiscono la presenza di malattia, ecc.). Tuttavia, piccolo è conosciuto circa come tutti quegli sforzi differenti comunicano a vicenda e se è anche possibile creare i generi di vie di segnalazione che permetterebbero che le informazioni siano comunicate loro.

Ora, i ricercatori dall'istituto di Wyss alla Harvard University, la facoltà di medicina di Harvard (HMS) e l'ospedale delle donne e di Brigham hanno costruito con successo un sistema genetico della segnale-trasmissione in cui un segnale molecolare inviato dai batteri del salmonella typhimurium in risposta ad un'indicazione ambientale può essere ricevuto e registrato da Escherichia coli nell'intestino di un mouse, portante a scienziati un punto più vicino a sviluppare “un microbiome sintetico„ composto di batteri che sono programmati eseguire le funzioni specifiche. Lo studio è riferito nella biologia del sintetico di ACS.

“per migliorare le sanità attraverso i batteri costruiti dell'intestino, dobbiamo cominciare capire come fare i batteri comunicare,„ ha detto Suhyun Kim, un dottorando nel laboratorio dell'argento di Pamela all'istituto di Wyss e HMS, che è il primo autore del documento. “Vogliamo assicurarci che, poichè il probiotics costruito si sviluppa, abbiamo mezzi per coordinarli e gestire nell'armonia.„

Il gruppo ha sfruttato un'abilità che si presenta naturalmente in alcuni sforzi dei batteri chiamati “quorum che percepisce,„ in cui i batteri inviano e ricevono a molecole del segnale che indicano la densità globale della colonia batterica e regolamentano l'espressione di molti geni in questione nelle attività di gruppo. Un tipo particolare di quorum che percepisce conosciuto come il lattone dell'acile-omoserina (acile-HSL) che percepisce ancora non è stato osservato nell'intestino mammifero, in modo dal gruppo decisivo per vedere se potessero repurpose il suo sistema di segnalazione creare un sistema di trasferimento batterico di informazioni facendo uso dell'ingegneria genetica.

I ricercatori hanno introdotto due nuovi circuiti genetici nelle colonie differenti di uno sforzo dei batteri di Escherichia coli: un circuito “del segnalatore„ e un circuito “del radar-risponditore„. Il circuito del segnalatore contiene una singola copia di un gene chiamato luxI che è acceso dal anhydrotetracycline della molecola (ATC) e produce una molecola dipercezione di segnalazione. Il circuito del radar-risponditore è strutturato tali che quando la molecola di segnalazione lega a, un gene chiamato Ass.Comm. è attivato per produrre l'Ass.Comm. della proteina, che poi accende “un elemento di memoria„ all'interno del circuito del radar-risponditore. L'elemento di memoria esprime due geni supplementari: LacZ e un'altra copia dell'Ass.Comm. L'espressione di LacZ induce il batterio a girare il blu se placcato su un agar speciale, così producendo la conferma visiva che la molecola del segnale è stata ricevuta. La copia extra dell'Ass.Comm. forma un ciclo di feedback positivo che tiene l'elemento di memoria sopra, assicurandosi che il batterio continui ad esprimere LacZ su un periodo esteso.

I ricercatori hanno confermato che questo sistema funziona in vitro sia nei batteri di S. che di Escherichia coli Typhimurium, osservando che i batteri del radar-risponditore hanno girato il blu quando il ATC si è aggiunto ai batteri del segnalatore. Per vedere se funzionasse in vivo, hanno amministrato sia i batteri di Escherichia coli del radar-risponditore che del segnalatore ai mouse e poi hanno dato ai mouse il ATC in loro acqua potabile per i due giorni. Quando i campioni fecali dai mouse sono stati analizzati, più della metà dei mouse video i chiari segni della trasmissione del segnale 3OC6HSL che hanno persistito dopo i due giorni su ATC.

“Era emozionante e promettendo che il nostro sistema, con i singoli ai circuiti basati a copia, può creare la comunicazione funzionale nell'intestino del mouse,„ ha spiegato Kim. “L'ingegneria genetica tradizionale introduce le copie multiple di un gene di interesse nel genoma batterico via i plasmidi, che colloca un alto carico metabolico sui batteri costruiti e li induce ad essere outcompeted facilmente da altri batteri nel host.„

Per concludere, il gruppo ha ripetuto in vivo l'esperimento, ma ha dato al segnalatore S. Typhimurium dei mouse i batteri del radar-risponditore di Escherichia coli e dei batteri, per vedere se il segnale potesse essere trasmesso attraverso le specie differenti di batteri all'interno dell'intestino del mouse. Tutti i mouse video i segni della trasmissione del segnale, confermanti che i circuiti costruiti hanno permesso la comunicazione fra le specie differenti di batteri nell'ambiente complesso dell'intestino mammifero.

I ricercatori sperano di continuare questa riga di indagine costruendo più specie di batteri in moda da poterli comunicare essi e cercando e sviluppando altre molecole di segnalazione che possono essere usate per trasmettere le informazioni loro.

“Infine, miriamo a creare un microbiome sintetico con completamente o principalmente specie di batteri costruite nel nostro intestino, di cui ciascuno ha una funzione specializzata (per esempio, diagnosticare e fare maturare malattia, creando le molecole utili, miglioranti digestione, ecc.) ma egualmente comunichiamo con gli altri per assicurarci che tutte siano saldati per le sanità ottimali,„ abbiamo detto l'argento corrispondente dell'autore, il Ph.D., un docente fondante di memoria dell'istituto di Wyss che è egualmente il Elliot T. e Onie H. Adams professore di biologia di sistemi e della biochimica al HMS.

“Il microbiome è la frontiera seguente nella medicina come pure nel benessere. Invenzione delle nuove tecnologie per costruire i microbi intestinali per il migliore mentre apprezzare che funzionino come componente di una comunità complessa, come è stato fatto qui, rappresenta un passo avanti importante in questa direzione,„ ha detto Direttore fondante Donald Ingber, M.D., Ph.D., che è egualmente il professore di Judah Folkman di biologia vascolare al HMS e del programma vascolare di biologia all'ospedale pediatrico di Boston come pure professore di Wyss della bioingegneria in mare.

Sorgente: https://wyss.harvard.edu/a-telephone-for-your-microbiome/