Терморегульовані бактерії навчилися доставляти ліки

Вчені з Каліфорнійського технологічного інституту (Caltech) розробили біоінженерні бактерії, що відповідають на зміни температури зміною генної експресії. Такі бактерії в майбутньому можуть використовуватися для контрольованої доставки і вивільнення лікарських засобів у будь-якій ділянці тіла. Стаття опублікована в журналі.

Останнім часом з'являється все більше способів мікробної терапії - застосування біоінженерних бактерій в медицині. Одна з важливих областей мікробної терапії - це доставка лікарських засобів за допомогою бактерій. Однак основний брак таких способів доставки полягає в тому, що бактерії неможливо контролювати. Між тим, в ідеалі бактерії потрібно не тільки направити в конкретне місце організму, але ще й мати можливість «включити» їх в потрібний час. Автори вирішили застосувати як спосіб контролю температуру.

Для цього автори використовували два регулятори транскрипції, які змінюють свою активність у відповідь на зміни температури. Перший являє собою білок TlpA бактерії а другий - білок вірусу-бактеріофагу  (фаг лямбда) cI. Обидва ці білки зв'язуються з ДНК і регулюють експресію генів залежно від температури.

До цих білків вчені застосували «спрямовану еволюцію» - спосіб білкової інженерії, що дозволяє з безлічі варіантів, отриманих за допомогою мутагенезу, вибрати потрібні. За допомогою цього методу автори «налаштували» температури, на які реагують білки. Наприклад, білок сальмонели початково активувався в температурному діапазоні від 42 до 44 градусів. Автори ж створили версію білка, яка активується при температурах від 36 до 39 градусів. Потім гени, які кодують ці біоінженерні білки, вбудували в геном звичайної кишкової палички.

Теоретичні можливості для застосування таких терморегульованих бактерій в наукових дослідженнях і в медицині дуже широкі. Автори, використовуючи мишей, успішно випробували три можливі варіанти їх застосування. Перший варіант полягає в тому, що бактеріям, які експресують деякий умовний лікарський засіб, «наказали» вивільняти цей засіб тільки в певній ділянці тіла пацієнта (в даному випадку - миші) і ніде більше. Для цього вчені просто нагріли цю ділянку тіла ультразвуком (це дуже м'який спосіб, що дозволяє нагрівати кришені ділянки тканин з точністю до міліметра). У другому варіанті застосування бактерії запрограмували на те, щоб вони в потрібний момент зупиняли доставку лікарського засобу або навіть самознищувалися, коли температура пацієнта піднімається до певних значень. Це потрібно для зупинки терапії в тому випадку, коли вона не спрацювала (тобто коли у пацієнта розвинулася висока температура).

У третьому експерименті автори продемонстрували, що, крім медичних достоїнств, терморегульовані бактерії можна також наділити екологічними властивостями. Дослідники запрограмували бактерії на те, щоб вони саморуйнувалися після того, як покинуть тіло пацієнта в ході дефекації і потраплять в середу з більш низькою температурою. Таким чином можна буде запобігти потраплянню великої кількості біоінженерних бактерій у навколишнє середовище.

У попередніх дослідженнях вчені показали, що деякі бактерії природним чином рухаються до пухлин, тому що воліють гіпоксичні (низькокислородні) умови. Такі бактерії можна використовувати для доставки лікарських засобів безпосередньо в гіпоксичні ділянки пухлин. В інших роботах були випробувані бактерії для доставки в кишечник лікарських засобів, що знижують запалення. А в одному дослідженні для доставки лікарських засобів в пухлини були навіть використані діатомові водорості.