211service.com
Tekniske spiselige bakterier
Probiotika, et område, der søger at bruge spiselige bakterier til at forbedre menneskers sundhed, kan snart gennemgå en metamorfose. Studerende ved MIT og Caltech bruger syntetisk biologis teknikker til at skabe bakterier, der bekæmper hulrum, producerer vitaminer og behandler laktoseintolerance, som en del af Internationale gensplejsede maskiner (iGEM) konkurrence på MIT. Den nye forskning kan føre til en billigere måde at producere medicin på eller forbedre kostvanerne i udviklingslandene.
Plaquesprængende insekter: Studerende fra MIT er ved at manipulere bakterien Lactobacillus bulgaricus (vist her i brun), fundet i yoghurt, for at forhindre huller.
Syntetisk biologi er søgen efter at designe og bygge nye organismer, der udfører nyttige funktioner. Meget forskning på området har koncentreret sig om at bruge bakterier som en fabrik: en af dens tidlige succeser var udviklingen af mikrober, der producerer malariamedicin. Anden forskning har undersøgt målrettede leveringsmidler, såsom mikrober, der er udviklet til at bringe medicin til en bestemt del af kroppen. Men de nye projekter er forsøg på at øge de sundhedsmæssige fordele ved spiselige bakterier.
Disse projekter udnytter det faktum, at vores kroppe allerede er koloniseret af milliarder af bakterier. Hvis du virkelig ønsker at anvende en bakterie på en person, så tænk på, hvor de naturligt eksisterer og overlever i et menneske, mens du stadig prøver at konstruere nye funktioner, siger Christina Smolke, en syntetisk biolog hos Caltech, som rådgiver universitetets team.
Vores mund er for eksempel et fristed for bakterier, både gode og dårlige. Bakterier, der lever i tandplak, kaldet Streptococcus mutans , lever af sukker på vores tænder og udskiller derefter syrer, som slider tandemalje væk og forårsager huller. For at skabe hulrumsbekæmpende mikrober MIT team startede med et peptid – et kort proteinsegment – som tidligere har vist sig at forhindre de dårlige bakterier i at klæbe til tænderne. Holdet byggede et stykke DNA indeholdende både det gen, der laver peptidet, og et gen for et molekylært signal, der får bakterien til at udskille det.
Det næste trin vil være at indsætte dette stykke DNA i Lactobacillus bulgaricus , en mikrobe almindelig i yoghurt. Det har eleverne ikke gjort endnu, men de har med succes introduceret fremmed DNA i mikroben, som forbereder mikroben til yderligere genteknologi. Det er i sig selv en imponerende bedrift, givet det Lactobacillus bulgaricus er ikke almindeligt anvendt i laboratoriet og kræver derfor udvikling af nye eksperimentelle teknikker.
Hvis mikroben kan konstrueres med succes, ville spisning af yoghurt aflejre den på tænderne, hvor den ville producere det beskyttende peptid. Dette ville sandsynligvis være mere effektivt end et antibakterielt middel, der dræber alt, siger Chia-Yung Wu, en kandidatstuderende i biologi ved MIT, som rådgiver holdet. Det er kun rettet mod de skadelige ting. (Et almindeligt problem med antibiotika er, at de dræber både skadelige og nyttige bakterier i munden og tarmen, hvilket efterlader et åbent landskab, hvor dårlige bakterier kan kolonisere.)
Et centralt projekt inden for syntetisk biologi er forsøget på at skabe en enorm, offentligt tilgængelig stykliste, et katalog over gensekvenser og funktionerne af de resulterende proteiner. MIT-teamet har ikke til hensigt at udvikle et produkt til kommerciel brug, men de biologiske dele, som det skaber, kan en dag blive brugt i andre applikationer - for at øge næringsværdien af yoghurt, for eksempel med bakterier, der producerer en bestemt type vitamin . Holdet, som omfatter undergraduaterne Sara Mouradian og Derek Ju, har allerede deponeret de dele, det er oprettet i et centralt depot på MIT kaldet Register over biologiske standarddele . Udvidelse af registreringsdatabasen er et af de vigtigste aspekter af konkurrencen. I år sendte vi 2.000 DNA-dele ud til hvert hold, og vi får 1.500 nye dele tilbage, siger Randy Rettberg , iGEM-direktør og hovedforsker ved MIT.
Det Caltech team fokuseret på mikrober i tarmen med det formål at skabe en mikrobiel løsning til laktoseintolerance. I stedet for at tage et dagligt vitamin, kan du drikke nogle tarmmikrober og blive indstillet til en uge eller måned, eller hvor længe mikroberne holder, siger Josh Michener, en Caltech-kandidatstuderende, der rådgiver holdet.
Mennesker, der kan tåle mælkeprodukter, udskiller naturligt laktase, et enzym, der nedbryder laktose, et sukker i mælk. Nedbrydningsprodukterne, som omfatter glukose, optages derefter i blodet fra tyndtarmen. Hos mennesker, der er laktoseintolerante, føres sukkeret til tyktarmen, hvor det til sidst metaboliseres af en kæde af bakterier. I processen producerer mikroberne brint og metangas, synderne bag lidelsens generende symptomer – kvalme, oppustethed, gas og diarré.
Lactase-piller er tilgængelige for at hjælpe folk med at fordøje mælkeprodukter, men Caltech-studerende ønskede en mere permanent løsning. De startede med en stamme af E coli ofte brugt som probiotikum i Tyskland. Stammen, kaldet Nissle 1917, blev oprindeligt udvundet fra soldater i Første Verdenskrig, som var immune over for en ekstrem gastrointestinal virus, der fejede gennem en hærlejr, siger Michener.
Eleverne tilføjede tre biologiske dele til Nissle-bakterien: et gen, der producerer laktaseenzymet, en receptor, der genkender laktose, og en sensor, der får cellen til at bryde op ved en vis koncentration af laktose. Med dette system ville bakterier i tarmen konstant producere laktase. Når receptorerne på en bakteries ydre overflade binder sig til en tilstrækkelig mængde laktose, vil de udløse eksplosionen af cellen og frigive laktase i tarmen for at nedbryde sukkeret. Eleverne har indtil videre skabt de to første komponenter, men har problemer med at designe mikroberne til selvdestruktion på den rigtige måde. Holdet arbejder også på en spiselig mikrobe, der ville producere folat, et vitamin vigtigt for at forhindre fødselsdefekter.
Begge hold præsenterede deres forskning ved iGEM-konkurrencen på MIT i weekenden sammen med mere end 70 andre hold fra universiteter rundt om i verden. I de seneste år har eleverne lavet alt fra bakteriel fotografisk film til bananduftende bakterier og bittesmå æsker lavet af DNA.