Учёные создали кишечные бактерии, способные обмениваться друг с другом особыми химическими сигналами. В будущем исследователи надеются создать искусственное микробное сообщество, которое будет следить за здоровьем человека и выполнять другие функции. Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале ACS Synthetic Biology группой во главе с Памелой Сильвер (Pamela Silver) из Гарвардской медицинской школы.
Биологам хорошо известно, что бактерии умеют "совещаться" друг с другом, выделяя определённые химические вещества (хотя есть и другие способы). Это позволяет им, например, принять решение, что условия нынче неблагоприятные и пора бы впасть в "спячку". Специалисты называют этот канал передачи информации чувством кворума.
Такая химическая коммуникация позволяет некоторым микробам собираться в сложные агрегаты, сравнимые по своим свойствам с многоклеточными организмами. Соблазнительно было бы создать такое искусственное микробное сообщество с нужными параметрами и функциями. Или, скажем, переделать по своему усмотрению микробиом кишечника, чтобы его обитатели приносили меньше вреда и больше пользы.
Эта идея вдохновила авторов создать генно-модифицированные кишечные бактерии, способные передавать друг другу "запрограммированные" генными инженерами сообщения. При этом биологи использовали химический сигнал, который никогда ещё не наблюдался в кишечном микробиоме млекопитающих.
Во-первых, это позволило в полной мере проверить потенциал генной инженерии в этом вопросе. Исследователи хотели выяснить, удастся ли "научить" кишечные бактерии тому, чего они никогда "не умели". Во-вторых, использование необычного химического пути гарантировало, что "приёмник" не среагирует на посторонние сигналы.
На первом этапе эксперимента учёные вывели две линии кишечной палочки E. coli: одни из них были "приёмниками", другие — "передатчиками". Первые, обнаружив в окружающей среде молекулы ангидротетрациклина (АГТЦ), продуцировали ацил-гомосеринлактон. Последнее вещество и служило химическим сигналом для вторых.
"Приёмники", получив сообщения, активировали ген, который делал бактериальные оболочки синими. Этот ген оставался "включённым", даже когда концентрация сигнального вещества падала ниже порогового значения. Таким образом, бактерия-"приёмник" оснащалась своего рода памятью. Это гарантировало, что исследователи смогут выделить получившие сигнал бактерии даже спустя продолжительное время.
Авторы испытали эту систему "в пробирке" и убедились, что "приёмники" синеют, когда "передатчики" получают АГТЦ. После этого биологи решили проверить, удастся ли передавать такие сообщения между разными штаммами бактерий. В роли "приёмника" они оставили E. coli, а "передатчиком" сделали Salmonella typhimurium, соорудив в её геноме такую же систему, как до этого у E. coli. Межвидовая коммуникация сработала не хуже внутривидовой.
Наконец, экспериментаторы подселили "разговорчивые" бактерии E. coli (как "приёмники", так и "передатчики") в кишечник живых мышей. Грызуны два дня получали с водой порции АГТЦ. Анализ их фекалий подтвердил, что "передатчики" благополучно посинели. То есть система сработала и в кишечнике животного.
В дальнейшем авторы надеются расширить диапазон используемых бактерий и химических сигналов.
"В конечном счете, мы стремимся создать в нашем кишечнике синтетический микробиоом, полностью или преимущественно состоящий из [генетически] сконструированных видов бактерий, каждый из которых имеет специализированную функцию, например, обнаружение и лечение болезней, создание полезных молекул, улучшение пищеварения и так далее. При этом он [вид] связывается с другими, чтобы все они были сбалансированы, дабы наилучшим образом обеспечивать здоровье человека", – заявляет Сильвер.
Однако подобную цель нельзя назвать близкой. "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) уже писали о том, что половина бактерий в кишечнике человека попросту не известна науке. При этом биологи открывают всё новые и новые аспекты их взаимодействия с человеческим организмом. Например, выяснилось, что они влияют на развитие многих заболеваний и управляют нашими генами, а возможно, в какой-то мере и сознанием. Вмешательство в такую сложную и малоизученную систему может грозить непредсказуемыми последствиями. Поэтому учёным придётся отмерить даже не семь раз, а семьдесят раз по семь, прежде чем "отрезать" от человека хотя бы какую-то часть его природного микробиома.
