Berjaya menyunting gen bakteria usus dalam tikus hidup

Pasukan penyelidik yang diketuai oleh ahli biologi sintetik Xavier Duportet, pengasas bersama syarikat bioteknologi Eligo Bioscience, telah berjaya mereka bentuk alat penyunting gen yang boleh mengubah suai populasi bakteria dalam mikrobiota usus tikus hidup.

Keputusan percubaan awal menunjukkan bahawa alat itu membantu mengubah suai gen sasaran dalam lebih daripada 90% koloni Escherichia coli di dalam usus tikus hidup. Escherichia coli adalah sejenis bakteria yang biasanya hidup di dalam usus manusia dan haiwan. Kebanyakan strain E. coli diketahui menyebabkan cirit-birit sementara dan ringan, atau beberapa jangkitan usus yang teruk yang membawa kepada penyakit yang lebih serius dengan cirit-birit, sakit perut dan demam.

Beberapa kajian terdahulu telah menggunakan sistem penyuntingan gen CRISPR—Cas ​​untuk membunuh bakteria berbahaya dalam usus tikus. Tetapi Duportet dan rakan sekerja mahu mengedit gen bakteria dalam mikrobiom usus tanpa membunuhnya.

Untuk melakukan ini, saintis menggunakan kaedah menukar satu asas nukleotida dengan yang lain - seperti menukar A kepada G - tanpa memecahkan untaian ganda DNA. Setakat ini, kebanyakan kaedah sedia ada gagal mengubah suai populasi bakteria sasaran untuk menjadi berkesan. Ini kerana vektor hanya memperkenalkan reseptor sasaran yang biasa ditemui dalam bakteria yang ditanam di makmal.

Untuk mengatasi halangan ini, Duportet dan rakan sekerja merekayasa kenderaan penghantaran yang menggunakan komponen bakteria - sejenis virus yang menjangkiti bakteria - untuk membawa beberapa reseptor E. coli yang dinyatakan dalam persekitaran usus. Vektor membawa "alat penyuntingan gen asas" yang menyasarkan gen E. coli tertentu. Pasukan itu juga menambah baik sistem untuk menghalang bahan genetik yang dibekalkan daripada mereplikasi dan merebak sebaik sahaja ia berada di dalam bakteria.

Pasukan itu memasukkan alat pengeditan gen asas ke dalam tikus dan menggunakannya untuk menukar A kepada G dalam gen E. coli yang menghasilkan β-laktamase — enzim yang menjadikan bakteria tahan terhadap antibiotik tertentu. Kira-kira lapan jam selepas haiwan itu dirawat, kira-kira 93% bakteria sasaran telah diedit gen.

Para penyelidik kemudian mengubahsuai alat penyuntingan supaya ia boleh mengubah suai gen E. coli yang menghasilkan protein yang dianggap memainkan peranan dalam beberapa penyakit neurodegeneratif dan autoimun. Peratusan bakteria yang diedit berlegar sekitar 70% dalam masa tiga minggu tikus dirawat. Di makmal, saintis juga boleh menggunakan alat untuk mengedit strain E. coli dan Klebsiella pneumoniae yang boleh menyebabkan jangkitan radang paru-paru. Ini menunjukkan bahawa sistem penyuntingan boleh disesuaikan untuk menyasarkan strain dan spesies bakteria yang berbeza.

Pencapaian itu mewakili "lonjakan besar" dalam membangunkan alat yang boleh mengubah suai bakteria terus di dalam usus, membuka kemungkinan melawan penyakit sambil juga menghalang DNA berbahaya daripada merebak.

Langkah seterusnya untuk Duportet dan rakan sekerja adalah untuk membangunkan model tetikus penyakit yang disebabkan oleh mikrobiom untuk mengukur sama ada suntingan gen tertentu mempunyai kesan yang baik terhadap kesihatan mereka.