Um sistema genético da sinal-transmissão para o microbiome do intestino

Mais de 1.000 espécies de bactérias foram identificadas no intestino humano, e compreendendo este “microbiome incredibly diverso” que pode extremamente impactar a saúde e a doença é um assunto actual na investigação científica. Porque as bactérias são projectadas rotineiramente genetically em laboratórios de ciência, há um grande excitamento sobre a possibilidade de tweaking os genes de nossos intrusos intestinais de modo que possam fazer mais do que apenas resumo da ajuda nosso alimento (por exemplo, a informação gravada sobre o estado do intestino no tempo real, relata a presença de doença, etc.). Contudo, pouco é sabido sobre como todas aquelas tensões diferentes se comunicam um com o otro, e se é mesmo possível criar os tipos dos caminhos da sinalização que permitiriam que a informação fosse passada entre eles.

Agora, os pesquisadores do instituto de Wyss na Universidade de Harvard, a Faculdade de Medicina de Harvard (HMS), e o hospital de Brigham e de mulheres projectaram com sucesso um sistema genético da sinal-transmissão em que um sinal molecular enviado pelas bactérias Typhimurium das salmonelas em resposta a uma sugestão ambiental pode ser recebido e gravado por Escherichia Coli no intestino de um rato, trazendo a cientistas uma etapa mais perto de desenvolver “um microbiome sintético” compor das bactérias que são programadas executar funções específicas. O estudo é relatado na biologia do Synthetic de ACS.

“A fim melhorar a saúde humana através das bactérias projetadas do intestino, nós precisamos de começar figurar para fora como fazer as bactérias comunicar-se,” disse Suhyun Kim, um aluno diplomado no laboratório da prata de Pamela no instituto de Wyss e o HMS, que é o primeiro autor do papel. “Nós queremos certificar-se de que, como o probiotics projetado se torna, nós temos meios os coordenar e controlar na harmonia.”

A equipe aproveitou uma capacidade que ocorresse naturalmente em algumas tensões das bactérias chamadas “quorum que detecta,” em qual as bactérias enviam e recebem às moléculas do sinal que indicam a densidade total da colônia bacteriana e regulam a expressão de muitos genes envolvidos em actividades de grupo. Um tipo particular de quorum que detectam conhecido como a lactona do acílico-homoserine (acílico-HSL) que detecta não foi observada ainda no intestino mamífero, assim que a equipe decidida ver se poderiam repurpose seu sistema de sinalização criar um sistema de transferência bacteriano da informação usando a genética.

Os pesquisadores introduziram dois circuitos genéticos novos em colônias diferentes de uma tensão das bactérias de Escherichia Coli: um circuito do “sinalizador”, e um circuito do “que responde”. O circuito do sinalizador contem uma única cópia de um gene chamado o luxI que é girado sobre pelo anhydrotetracycline da molécula (ATC) e produz uma molécula dedetecção da sinalização. O circuito do que responde é estruturado tais que quando a molécula da sinalização lhe liga, um gene chamado CTOC está activado para produzir a CTOC da proteína, que gira então sobre da “um elemento memória” dentro do circuito do que responde. O elemento da memória expressa dois genes adicionais: LacZ e uma outra cópia da CTOC. A expressão de LacZ faz com que a bactéria gire o azul se chapeado em um ágar especial, assim produzindo a confirmação visual que a molécula do sinal estêve recebida. A cópia extra da CTOC forma um laço de reacção positiva que mantenha o elemento da memória sobre, assegurando-se de que a bactéria continue a expressar LacZ durante um período prolongado de tempo.

Os pesquisadores confirmaram que este sistema trabalha in vitro nas bactérias de Escherichia Coli e de S. Typhimurium, observando que as bactérias do que responde giraram o azul quando o ATC foi adicionado às bactérias do sinalizador. Para ver se trabalharia in vivo, administraram as bactérias de Escherichia Coli do sinalizador e do que responde aos ratos, e deram então aos ratos o ATC em sua água potável por dois dias. Quando as amostras fecais dos ratos foram analisadas, sobre a metade dos ratos indicou os sinais claros da transmissão do sinal 3OC6HSL que persistiram após dois dias no ATC.

“Era emocionante e prometedor que nosso sistema, com únicos circuitos cópia-baseados, pode criar uma comunicação funcional no intestino do rato,” explicou Kim. “A genética tradicional introduz cópias múltiplas de um gene do interesse no genoma bacteriano através dos plasmídeo, que coloca uma carga metabólica alta nas bactérias projetadas e faz com que sido outcompeted facilmente por outras bactérias no anfitrião.”

Finalmente, a equipe repetiu in vivo a experiência, mas deu aos ratos o sinalizador S. Typhimurium as bactérias e do que responde de Escherichia Coli as bactérias, para ver se o sinal poderia ser transmitido através da espécie diferente de bactérias dentro do intestino do rato. Todos os ratos indicaram os sinais da transmissão do sinal, confirmando que os circuitos projetados permitiram uma comunicação entre a espécie diferente de bactérias no ambiente complexo do intestino mamífero.

Os pesquisadores esperam continuar esta linha de inquérito projetando mais espécie de bactérias de modo que possam se comunicar, e procurarando por e desenvolvendo outras moléculas da sinalização que podem ser usadas para transmitir a informação entre elas.

“Finalmente, nós apontamos criar um microbiome sintético com completamente ou na maior parte espécie de bactérias projetada em nosso intestino, cada qual tem uma função especializada (por exemplo, detectando e curando a doença, criando as moléculas benéficas, melhorando a digestão, etc.) mas igualmente comunicamo-nos com os outro para assegurar-se de que todos estejam equilibrados para a saúde humana óptima,” dissemos a prata correspondente do autor, Ph.D., um membro da faculdade fundando do núcleo do instituto de Wyss que é igualmente o Elliot T. e Onie H. Adams professor da biologia da bioquímica e de sistemas no HMS.

“O microbiome é a fronteira seguinte na medicina assim como no bem-estar. Planejando novas tecnologias para projectar micróbios intestinais para o melhor quando apreciar que funcionam como parte de uma comunidade complexa, como estêve feito aqui, representar uma etapa principal para a frente neste sentido,” disse o director fundando Donald Ingber, M.D., Ph.D., que é igualmente o professor de Judah Folkman da biologia vascular no HMS e do programa vascular da biologia no hospital de crianças de Boston, assim como professor de Wyss da tecnologia biológica em MARES.