Izgradnja bakterija kako bismo bili dobro
Taj osjećaj koji imate u trbuhu zapravo je u vašoj glavi, ali nešto od toga doista počinje u gastrointestinalnom traktu. Neki od trilijuna bakterija koje žive u vašim crijevima – među virusima, eukariotima i arhejama – sintetiziraju neke od neurotransmitera koji su odgovorni za vaše živce, tjeskobu i euforiju. Kada nemate dovoljno – ili imate previše – bilo kojeg od ovih hormona, vaše mentalno zdravlje može patiti.
Tae Seok Moon, izvanredni profesor na Odjelu za energetiku, okoliš i kemijsko inženjerstvo na McKelvey School of Engineering na Sveučilištu Washington u St. Louisu, kaže da je i sam iskusio ovu neravnotežu. I on radi na popravku - genetski modificirane bakterije koje mogu pratiti proizvodnju kemikalija iz crijeva osobe i popraviti sve neravnoteže.
"Težak je posao održati vaše neurotransmitere u ravnoteži", rekao je Moon, koji je 2017. dobio potporu za izradu probiotika posebno usmjerenog na zaštitu ljudi od negativnih zdravstvenih učinaka skokova adrenalina.
Moonova metoda uključuje razvoj "bakterijskog senzora" koji može otkriti određene kemikalije u crijevima osobe. Radio je na sličnim senzorima u svom laboratoriju s ciljem konačnog genetskog inženjeringa tipa modularnog sustava s različitim senzorima. Već je razvio senzore za temperaturu, pH, razinu kisika, svjetlost, zagađivače i druge kemikalije povezane s bolestima.
Moon nije prva osoba koja je razvila takve senzore, ali do sada su uglavnom patili od nedostatka specifičnosti. Senzori mogu imati poteškoća kada je u pitanju razlikovanje između slično strukturiranih molekula.
"Specifičnost u inženjerstvu jedan je od velikih izazova", rekao je Moon. "Ali dokazali smo da se to može učiniti."
Dokaz je u genetski modificiranoj bakteriji Escherichia coli Nissle 1917 (EcN), koja ima senzor za jednu – i samo jednu – vrstu molekule. Tim je uspio započeti senzorskim putem koji se prirodno nalazi u bakterijama. Prvi autor Austin Rottinghaus, doktorski student u Moonovom laboratoriju, kao i drugi članovi laboratorija, koristili su računalno modeliranje kako bi istražili kako će mutacije utjecati na osjetljivost puta. Istraživači su uspjeli razviti senzorski put koji je bio osjetljiv na molekule za koje su bili zainteresirani - i samo na te molekule.
Senzori su ugrađeni u EcN, pretvarajući bakterije u precizne lovce. Oni su mogli razlikovati fenilalanin (Phe) i tirozin (Tyr), dvije strukturno slične molekule povezane s poremećajima (PKU) odnosno tirozinemijom tipa 2. Tim je također razvio senzore za slično strukturirani feniletilamin (PEA) i tiramin (Tyra) - koji se nalaze u hrani i u crijevima.
S ovim dokazom koncepta, Moonov laboratorij sada može raditi na razvoju aktuatora - proteina koji će djelovati na temelju informacija koje je prikupio senzor. Na primjer, PKU je genetska bolest koja uzrokuje da bebe akumuliraju previše fenilalanina. Potpuno konstruirana bakterija mogla bi imati senzor za detekciju aminokiseline i pokretač koji je može razgraditi ako je razina fenilalanina previsoka.
Ove vrste projektiranih organizama mogu biti korisne i izvan medicinskog okruženja. Također se mogu koristiti za praćenje kvalitete hrane ili za regulaciju puteva mikrobnog metaboličkog inženjeringa, procesa koji se koriste za stvaranje mnogih farmaceutskih proizvoda, goriva ili drugih kemikalija.
Međutim, zbog svojih iskustava, Moon je osobno najviše zainteresiran za bakterije koje mogu osjetiti razinu neurotransmitera u crijevima. "Ako su razine previsoke, bakterije proizvode enzim koji razgrađuje ciljanu kemikaliju. Ako je preniska", rekao je, "bakterije proizvode enzim koji može sintetizirati više od toga."
Oko 95 posto hormona serotonina sintetiziraju bakterije u crijevima. Kada ovaj i drugi neurotransmiteri nisu u redu, osoba može jako patiti, rekao je Moon. On želi stati na kraj ovoj patnji.
Izvor: Cell Systems