Un sistema genético de la señal-transmisión para el microbiome de la tripa

Más de 1.000 especies de bacterias se han determinado en la tripa humana, y entendiendo este “microbiome increíblemente diverso” que puede afectar grandemente salud y la enfermedad es un asunto actual en la investigación científica. Porque las bacterias genético se dirigen rutinario en laboratorios de ciencia, hay gran entusiasmo sobre la posibilidad de pellizcar los genes de nuestros entrometidos intestinales de modo que puedan hacer más que apenas compendio de la ayuda nuestra comida (e.g., la información de registro sobre el estado de la tripa en tiempo real, denuncia la presencia de enfermedad, de etc.). Sin embargo, poco se sabe sobre cómo todas esas diversas deformaciones comunican con uno a, y si es incluso posible crear las clases de caminos de la transmisión de señales que permitirían que la información fuera pasada entre ellos.

Ahora, los investigadores del instituto de Wyss en la Universidad de Harvard, la Facultad de Medicina de Harvard (HMS), y el hospital de Brigham y de las mujeres han dirigido con éxito un sistema genético de la señal-transmisión en el cual una señal molecular enviada por las bacterias Typhimurium de las salmonelas en respuesta a una señal de entrada ambiental se puede recibir y registrar por Escherichia Coli en la tripa de un ratón, trayendo a científicos un paso más cercano a desarrollar un “microbiome sintetizado” integrado por las bacterias que se programan realizar funciones específicas. El estudio se denuncia en biología del sintético de ACS.

“Para perfeccionar salud humana a través de bacterias dirigidas de la tripa, necesitamos comenzar a imaginar cómo hacer que las bacterias comunican,” dijo a Suhyun Kim, estudiante de tercer ciclo en el laboratorio de la plata de Pamela en el instituto de Wyss y el HMS, que es el primer autor del papel. “Queremos asegurarnos de que, como el probiotics dirigido se convierte, tenemos medios de coordinarlos y de controlar en armonía.”

Las personas aprovecharon una capacidad que ocurre naturalmente en algunas deformaciones de las bacterias llamadas “quorum que detecta,” en cuál envían y reciben las bacterias las moléculas de la señal que indican la densidad total de la colonia bacteriana y regulan la expresión de muchos genes implicados en actividades de grupo. Un tipo determinado de quorum que detecta sabido como la lactona de la acil-homoserina (acil-HSL) que detectaba todavía no se ha observado en la tripa mamífera, así que las personas decididas para ver si podrían repurpose su sistema de transmisión de señales crear un sistema de transmisión informativa bacteriano usando la ingeniería genética.

Los investigadores introdujeron dos nuevos circuitos genéticos en diversas colonias de una deformación de las bacterias de Escherichia Coli: un circuito del “señalador”, y un circuito del “respondedor”. El circuito del señalador contiene una única copia de un gen llamado el luxI que es girado por el anhydrotetracycline de la molécula (ATC) y produce una molécula de la transmisión de señales quorum-que detecta. El circuito del respondedor se estructura tales que cuando la molécula de la transmisión de señales ata a ella, un gen llamado CRO (coordinadora) está activado para producir la CRO (coordinadora) de la proteína, que entonces gira un “elemento de la memoria” dentro del circuito del respondedor. El elemento de la memoria expresa dos genes adicionales: LacZ y otra copia de la CRO (coordinadora). La expresión de LacZ hace la bacteria girar el azul si está chapada en un agar especial, así produciendo la confirmación visual que se ha recibido la molécula de la señal. La copia extra de la CRO (coordinadora) forma un rizo de retroalimentación positiva que guarde el elemento de la memoria conectado, asegurándose de que la bacteria continúa expresar LacZ durante un periodo de tiempo extendido.

Los investigadores confirmaron que este sistema trabaja in vitro en las bacterias de Escherichia Coli y de S. Typhimurium, observando que las bacterias del respondedor giraron el azul cuando el ATC fue agregado a las bacterias del señalador. Para ver si trabajaría in vivo, administraron las bacterias de Escherichia Coli del señalador y del respondedor a los ratones, y después dieron a ratones el ATC en su agua potable por dos días. Cuando las muestras fecales de los ratones eran analizadas, sobre la mitad de los ratones visualizó los signos sin obstrucción de la transmisión de la señal 3OC6HSL que persistieron después de dos días en el ATC.

“Era emocionante y prometedor que nuestro sistema, con los únicos circuitos copia-basados, puede crear la comunicación funcional en la tripa del ratón,” explicó Kim. La “ingeniería genética tradicional introduce copias múltiples de un gen del interés en el genoma bacteriano vía plásmidos, que pone una alta carga metabólica en las bacterias dirigidas y las hace outcompeted fácilmente por otras bacterias en el ordenador principal.”

Finalmente, las personas relanzaron in vivo el experimento, pero dieron a ratones el señalador S. Typhimurium las bacterias y las bacterias del respondedor de Escherichia Coli, para ver si la señal se podría transmitir a través de diversa especie de bacterias dentro de la tripa del ratón. Todos los ratones visualizaron los signos de la transmisión de la señal, confirmando que los circuitos dirigidos permitieron la comunicación entre diversa especie de bacterias en el ambiente complejo de la tripa mamífera.

Los investigadores esperan continuar esta línea de la pregunta dirigiendo más especie de bacterias de modo que puedan comunicar, y explorando para y desarrollando otras moléculas de la transmisión de señales que se puedan utilizar para transmitir la información entre ellas.

“Final, apuntamos crear un microbiome sintetizado con totalmente o sobre todo especie de bacterias dirigida en nuestra tripa, que tiene una función especializada (e.g., descubrir y curado de enfermedad, creando las moléculas beneficiosas, perfeccionando la digestión, el etc.) pero también comunicamos con los otros para asegurarse de que los toda equilibran para la salud humana óptima,” dijimos la plata correspondiente del autor, Ph.D., miembro del profesorado de fundación de la base del instituto de Wyss que es también el Elliot T. y Onie H. Adams profesor de la biología de la bioquímica y de sistemas en el HMS.

“El microbiome es la frontera siguiente en remedio así como salud. Concepción de nuevas tecnologías para dirigir los microbios intestinales para el mejor mientras que la apreciación de que funcionan como parte de una comunidad compleja, como fue hecho aquí, representa un paso importante adelante en esta dirección,” dijo a director de fundación Donald Ingber, M.D., el Ph.D., que es también el profesor de Judah Folkman de la biología vascular en el HMS y del programa vascular de la biología en el hospital de niños de Boston, así como profesor de Wyss de la bioingeniería en los MARES.

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