Canlı farelerde bağırsak bakterilerinin genleri başarıyla düzenlendi

Biyoteknoloji şirketi Eligo Bioscience'ın kurucu ortağı olan sentetik biyolog Xavier Duportet liderliğindeki bir araştırma ekibi, yaşayan farelerin bağırsak mikrobiyotasındaki bakteri popülasyonunu değiştirebilen bir gen düzenleme aracı tasarlamayı başardı.

İlk deneysel sonuçlar, aracın canlı farelerin bağırsaklarındaki Escherichia coli kolonilerinin %90'ından fazlasında hedef geni değiştirmeye yardımcı olduğunu gösterdi. Escherichia coli, normalde insan ve hayvanların bağırsaklarında yaşayan bir bakteri türüdür. E. coli'nin çoğu suşunun geçici ve hafif ishale veya ishal, karın ağrısı ve ateş gibi daha ciddi hastalıklara yol açan bazı ciddi bağırsak enfeksiyonlarına neden olduğu bilinmektedir.

Daha önce yapılan bazı çalışmalarda, farelerin bağırsaklarındaki zararlı bakterileri öldürmek için CRISPR-Cas gen düzenleme sistemi kullanılmıştı. Ancak Duportet ve meslektaşları bağırsak mikrobiyomundaki bakterilerin genlerini onları öldürmeden düzenlemek istediler.

Bilim insanları bunu başarmak için, DNA çift zincirini kırmadan bir nükleotid bazını diğeriyle değiştirme yöntemini kullandılar; örneğin A'yı G'ye dönüştürdüler. Bugüne kadar mevcut yöntemlerin çoğu, hedef bakteri popülasyonunu etkili olacak şekilde değiştirmede başarısız olmuştur. Bunun nedeni, tanıtılan vektörlerin yalnızca laboratuvarda yetiştirilen bakterilerde yaygın olarak bulunan reseptörleri hedeflemesidir.

Duportet ve meslektaşları bu engeli aşmak için, bağırsak ortamında ifade edilen birkaç E. coli reseptörünü taşımak için bakteriyofajın (bakterileri enfekte eden bir virüs türü) bileşenlerini kullanan bir taşıma aracı tasarladılar. Vektör, belirli E. coli genlerini hedef alan bir “temel gen düzenleme aracı” taşıyor. Ekip ayrıca, verilen genetik materyalin bakterinin içine girdikten sonra çoğalmasını ve yayılmasını önleyecek şekilde sistemi geliştirdi.

Ekip, temel gen düzenleme aracını farelere yerleştirdi ve bunu, bakterileri belirli antibiyotiklere dirençli hale getiren bir enzim olan β-laktamaz üreten bir E. coli genindeki A'yı G'ye dönüştürmek için kullandı. Hayvanların tedavisinden yaklaşık sekiz saat sonra, hedef bakterilerin yaklaşık %93'ünün gen düzenlemesi yapılmıştı.

Araştırmacılar daha sonra düzenleme aracını, bazı nörodejeneratif ve otoimmün hastalıklarda rol oynadığı düşünülen bir proteini üreten E. coli genini değiştirebilecek şekilde ayarladılar. Tedavi edilen farelerde üç hafta içinde düzenlenen bakteri oranının %70 civarında seyrettiği görüldü. Laboratuvarda bilim insanları, zatürre enfeksiyonlarına neden olabilen E. coli ve Klebsiella pneumoniae suşlarını düzenlemek için de aracı kullanabilirler. Bu, düzenleme sisteminin farklı bakteri türlerini ve suşlarını hedefleyecek şekilde uyarlanabileceğini düşündürüyor.

Bu başarı, bağırsaktaki bakterileri doğrudan değiştirebilen, hastalıklarla savaşma olasılığını artırırken zararlı DNA'nın yayılmasını da önleyen araçların geliştirilmesinde "büyük bir sıçramayı" temsil ediyor.

Duportet ve meslektaşlarının bir sonraki adımı, mikrobiyom kaynaklı hastalıkların fare modellerini geliştirerek belirli gen düzenlemelerinin sağlıkları üzerinde yararlı etkileri olup olmadığını ölçmek olacak.