Термальные "рации" проинструктируют бактерии о доставке лекарств и дадут им команду на самоуничтожение

Художественное представление генетически спроектированных бактерий с встроенным "терморегулятором".
Иллюстрация Barth van Rossum/Caltech.

Американские биоинженеры создают нового помощника в борьбе с онкологическими и прочими заболеваниями кишечника — генетически измененные бактерии, которые выпускают лекарственные препараты прямо в опухоль или в другой нужной зоне поражённого органа.

Недавно исследователи из Калифорнийского технологического института в ходе экспериментов на лабораторных мышах продемонстрировали, как в один прекрасный день врачи смогут контролировать своеобразные "терапевтические" бактерии посредством регулирования температуры вокруг них. Подобное температурное управление приведёт к тому, что микроорганизмы в нужное время и в нужном месте выделят лекарства, а затем смогут даже самоликвидироваться.

План следующий: спроектированные бактерии введут в организм пациента. Затем медик "проинструктирует" микроорганизм, чтобы тот выделил лекарство именно в нужной области тела и нигде больше. Для этого врач будет использовать ультразвук, чтобы аккуратно нагреть участок ткани пациента.

"Мы можем изменить бактерии таким образом, чтобы они действовали как специальные агенты, борющиеся с болезнями в организме человека", — говорит в пресс-релизе исследователь Михаил Шапиро (Mikhail Shapiro) из Калифорнийского технологического института. Отметим, что основная цель исследований лаборатории Шапиро – создание новых путей для визуализации и контроля клеток (бактериальных клеток и клеток человека) в лечебных целях.

Стратегия использования спроектированных бактерий для борьбы с различными заболеваниями – часть растущей области медицины под названием микробная терапия. Она показывает многообещающие результаты на животных моделях и даже на человеке. Например, предыдущие исследования продемонстрировали, что некоторые бактерии могут легко пробираются к месту опухоли. По той причине, что они предпочитают среду с низким содержанием кислорода, характерную для такого образования.

Научные работы также показали, что подобные бактерии могут быть направлены для выделения лекарства с гемолизином прямо в опухоль, которая таким образом будет разрушена.

Другие исследования показали, что бактерии, введённые в кишечник, могут выпускать молекулы для ослабления воспалительных процессов. Но есть одно важное "но": все эти полезные микроорганизмы могут оказаться и в других частях тела, а не только в тканях-"мишенях".

Метод, разработанный Шапиро, решает эту проблему с помощью особого механизма, посредством которого бактерию можно "проинструктировать", чтобы та "отвезла" лекарства в конкретное определённое место.

Идея заключается в том, что генетически спроектированная бактерия активирует свою терапевтическую программу при определённой температуре. Последней команда "ключ на старт" будет дана при помощи ультразвука. Современные инструменты позволяют осторожно нагреть нужный участок ткани с точностью до миллиметра.

Предполагается, что медик сможет ввести бактерий-помощников в организм пациента с онкологическим заболеванием и затем с помощью фокусировки ультразвука на области опухоли "запустить" работу бактерий.

"Мы способны контролировать активность бактерий, что называется, в пространстве и времени. Мы может даже "общаться" с ними и направлять их, "объясняя" когда и где именно они должны сделать свою работу", — объясняет член исследовательской группы Шапиро Мохамед Абеди (Mohamad Abedi).

Но исследователям для создания терморегулируемых бактерий сначала необходимо было отобрать кандидатов в генетические "выключатели" (которые активируются в зависимости от температуры). Учёные определили двух претендентов: первым стал белок в бактерии сальмонелле, вторым – белок бактериального вируса, который называют бактериофагом.

Затем исследователи использовали технологию белковой инженерии для формирования нужных белков в лаборатории и настраивания их температурных "переключателей". Например, белок сальмонеллы изначально активировался при температуре от 42 до 44 градусов Цельсия. Используя белковую инженерию, исследователи создали версию белка с активацией при 36-39 градусах Цельсия.

"Мы строим "рации" для клеток, которые помогут нам слушать их и даже разговаривать с ними", — говорит Шапиро.

Исследование показывает, что эти спроектированные бактерии, попав в организм пациента, могут быть запрограммированы на остановку или даже самоликвидацию, если температура пациента будет подниматься. Такая реакция может сигнализировать о том, что лечение не работает. Следовательно, для пациента будет лучше, если бактерия прекратит свою спасательную миссию.

Кроме того, исследователи продемонстрировали и другое применение технологии. Они показали, как бактерия может быть спроектирована для уничтожения самой себя, как только она покидает организм человека в ходе акта дефекации (это необходимо сделать, чтобы не загрязнять воду в очистных сооружениях и природе лекарственными препаратами).

Понижение температуры за пределами тела "хозяина" будет сигнализировать бактерии о том, что необходимо активировать генетический "выключатель". Такой подход также служит неким успокоением для людей, опасающихся распространения измененных микроорганизмов в окружающей среде.

"Мы может использовать эти термальные выключатели у бактерий, чтобы контролировать их поведение", — заключает Шапиро.

Исследование было опубликовано в научном издании Nature Chemical Biology.

Сегодня