Международна група успява да създаде ефикасна генно модифицирана Cutibacterium acnes, вид кожна бактерия, която произвежда и отделя терапевтична молекула, подходяща за лечение на симптомите на акне.
Бактерията, създадена с помощта на генно инженерство, е потвърдена в кожни клетъчни линии, а доставката ѝ е доказана при мишки, информира Наука OFFNews. Това откритие отваря вратата за разширяване на пътя за инженеринг на нетрайни бактерии за справяне с кожни изменения и други заболявания с помощта на живи терапевтични средства.
Изследването, публикувано в Nature Biotechnology, е ръководено от Лабораторията по транслационна синтетична биология към Катедрата по медицина и науки за живота (MELIS) в Университета „Помпеу Фабра“, Испания.
Резултатите от изследването показват, че екипът успешно е редактирал генома на Cutibacterium acnes така, че да отделя и произвежда протеина NGAL, известен като медиатор на лекарството за акне изотретиноин, за което е доказано, че намалява себума, като предизвиква смъртта на себоцитите.
Изследователският екип включва учени от Института за биомедицински изследвания Bellvitge (Idibell), Университета в Барселона, Центъра за протеинови технологии към Центъра за геномно регулиране, Phenocell SAS, Medizinische Hochschule Brandenburg Theodor Fontane, Университета в Лунд и Университета в Орхус.
Акнето е често срещано състояние на кожата, причинено от запушване или възпаление на мастните фоликули. Външният му вид може да бъде различен – от бели и черни точки до пустули и възли, главно по лицето, челото, гърдите, горната част на гърба и раменете. Въпреки че акнето е най-често срещано сред подрастващите, то може да засегне хора от всички възрасти.
Най-тежките случаи на акне се лекуват с антибиотици за унищожаване на бактериите, живеещи във фоликулите, или с изотретиноин (известен като Accutane), производно на витамин А, което предизвиква смъртта на себоцитите – епителните клетки на кожата, които произвеждат себум. Тези лечения обаче могат да предизвикат сериозни странични ефекти, като нарушаване на хомеостазата на кожния микробиом – тъй като не убиват селективно бактериите – или фоточувствителност, в случая с антибиотиците; вродени дефекти; или силно лющене на кожата, в случая с изотретиноина.
„Разработихме локална терапия с целенасочен подход, като използваме това, което природата вече има. Конструирахме бактерия, която живее в кожата, и я накарахме да произвежда това, от което се нуждае кожата ни. Тук се фокусирахме върху лечението на акне, но тази платформа може да бъде разширена до няколко други индикации“, обяснява Настася Кнодлседер, първи автор на изследването.
Разширяване на възможностите за генно инженерство на бактерии
„Досега C. acnes се смяташе за трудно преодолима бактерия. Беше изключително трудно да се въведе ДНК и да се накарат протеините да се произвеждат или отделят от елемент, вмъкнат в генома ѝ“, обяснява Кнодлседер, която е постдокторант в Лабораторията по транслационна синтетична биология.
Въпреки това, тъй като C. acnes изглежда привлекателна синтетична биологична платформа за лечение на кожни заболявания поради нишовата си среда дълбоко в космените фоликули – практически там, където се отделя себумът – нейното значение за хомеостазата на кожата, близкият ѝ контакт със съответните терапевтични цели, плюс фактът, че е доказано, че успешно се присажда при прилагане върху човешка кожа, накара екипа да настоява за редактиране на генома на тази бактерия.
За да редактира генома на C. acnes, изследователският екип, ръководен от Марк Гюел (Marc Güell), се фокусира върху подобряване на доставката на ДНК до клетката, стабилността на ДНК в клетката и генната експресия. Учените са взели под внимание регулаторните мерки, като са разработили стратегия за биологично ограничаване, за да се избегне използването на елементи, които пораждат регулаторни опасения, като например мобилни генетични елементи, плазмиди или антибиотична резистентност. Следователно получената синтетична бактерия притежава характеристики за безопасност, които позволяват прилагането ѝ в реалния живот и я правят обект на разглеждане за бъдещи медицински терапии за хора.
Синтетичната C. acnes е в състояние да отделя и произвежда NGAL, за да модулира производството на себум в клетъчни линии. Когато се прилага върху кожата на мишки – единственият досега животински модел, при който могат да се тестват модифицирани бактерии – те се присаждат, живеят и произвеждат протеина. Въпреки това кожата на мишките не може да се сравни с тази на хората. Тя има повече косми, по-хлабава е, има по-малко липиди и различен механизъм за изпотяване. Оттук идва и необходимостта от алтернативен модел, който да представя по-добре човешката кожа, като например 3D модели на кожата.
Пътят към терапията
„Разработихме технологична платформа, която отваря вратата за редактиране на всяка бактерия за лечение на множество заболявания. Сега сме фокусирани върху използването на C. acnes за лечение на акне, но можем да доставим генетични схеми за създаване на интелигентни микроби за приложения, свързани със сензорирането на кожата или имунната модулация“, посочва Гюел.
Следвайки същата стратегия, тази изследователска линия ще продължи в рамките на европейския проект „SkinDev“, в който учените от лабораторията по транслационна синтетична биология заедно с партньорите си ще разработят C. acnes за справяне с атопичния дерматит – хронично кожно възпалително състояние, характеризиращо се със суха кожа, екзема и силно дразнене, особено често срещано сред малките деца.
Въпреки че всяка стратегия за жива терапия трябва да бъде валидирана индивидуално, изследователите показват своя оптимизъм при прилагането на тези интелигентни микроби при хората, тъй като неинженерните C. acnes вече са тествани върху кожата на пациенти безопасно и ефективно.
