Bacterii modificate genetic protejează împotriva Salmonella
Microbiomul intestinal al mamiferelor este plin de o balanță delicată de bacterii și virusuri care le controlează, numite bacteriofage sau phage.
Fiecare specie de bacterii are de obicei propriul set de parteneri phage. Când bacteriile dăunătoare pătrund în acest ecosistem, de obicei nu sunt prezente phage, permițându-le să provoace haos. Odată ce gazda devine bolnavă, este prea târziu pentru phage; acestea vor ajunge pur și simplu la un echilibru cu bacteriile dăunătoare.
Dar ce s-ar întâmpla dacă phage-urile din intestin ar putea să se pregătească pentru patogenul ingerat oral și să-l neutralizeze imediat ce intră în intestin, evitând astfel o luptă?
Profesorul asociat și bursier junior Blackwood, Bryan Hsu, și echipa sa au demonstrat recent că această abordare profilactică, folosind o bacterie E. coli nonpatogenă modificată genetic, a protejat cu succes șoarecii de o infecție orală cu Salmonella. Rezultatele au fost publicate în Nature Microbiology.
Echipa consideră că acesta este un pas spre un instrument suplimentar împotriva bolilor.
În viitor, această tehnică ar putea fi utilizată pentru a trata alte afecțiuni. Nu este vorba despre înlocuirea antibioticelor, ci despre a avea o opțiune în plus pentru combaterea infecțiilor.
Bacteriofagii, sau phage, sunt viruși ai bacteriilor și nu infectează oamenii sau animalele. Hsu a menționat că terapia cu phage, utilizarea phage-urilor pentru a trata infecțiile bacteriene, este deosebit de greu de realizat pentru patogenii intestinali.
„Este o provocare, mai ales în intestin, deoarece phage-urile și bacteriile tind să coexiste pentru perioade lungi de timp”, a declarat Hsu, afiliat la Institutul Fralin de Științe Vieții, în cadrul Centrului pentru Patogeni Emergenti, Zoonotici și Transmiși prin Artropode.
Această coexistență face dificilă stabilirea raportului ridicat de phage la bacterii necesar pentru a trata infecțiile intestinale.
„Este extrem de greu de realizat în intestin”, a spus Hsu. „Și apoi, odată ce ai o infecție bacteriană în intestin, de multe ori nu este accesibilă phage-urilor. Este deja ascunsă în mucoasă sau în celulele corpului tău; nu este doar liberă, astfel încât phage-urile să poată să o acceseze.”
Pentru a depăși aceste obstacole, echipa a modificat genetic o bacterie E. coli nonpatogenă pentru a transporta un phage care infectează doar Salmonella. Acest lucru asigură că, atunci când phage-ul este produs, poate ținti specific patogenul.
De obicei, acest tip de phage Salmonella rămâne latent în genomul bacterian Salmonella, dar echipa lui Hsu a efectuat mai multe modificări genetice pentru a fi purtat de E. coli, iar odată eliberat în intestin, acesta omoară automat Salmonella într-un proces numit liza. Acest proces crește rapid numărul de phage-uri pentru a lupta împotriva bacteriilor. Cercetătorii au numit această nouă combinație de phage și bacterie „lysogen lytic phage-producing”, sau „lyto-lysogen”.
Salmonella poate detecta de obicei ADN-ul phage-ului produs de bacterii non-Salmonella și împiedică replicarea acestuia. Însă, în acest caz, cercetătorii au reușit să deghizeze phage-ul.
„Am reușit să păcălim bacteriile Salmonella făcându-le să creadă că phage-ul provenit din E. coli nu este „străin” prin adăugarea unui gen Salmonella în genomul E. coli”, a spus Bataglioli. „Un phage care provine din E. coli-ul nostru poate infecta Salmonella, se poate reproduce ușor în Salmonella, o lizează, iar apoi toate phage-urile produse din Salmonella pot continua să se replici.”
Această reproducere rapidă duce în cele din urmă la eradicarea infecției din intestin.
„Ce se întâmplă este că această bacterie bună, E. coli, produce toate aceste phage-uri antipatogenice, iar acum există un strat protector, astfel încât atunci când Salmonella intră, imediat după ce trece prin stomac și la cel mai vulnerabil punct, întâlnește această densitate mare de phage-uri ucigașe”, a spus Hsu.
Cercetătorii afirmă că au abordat Salmonella datorită impactului său ridicat asupra sănătății globale, având capacitatea de a ucide persoanele în vârstă, copiii și cei cu HIV; de asemenea, aceasta prezintă o prevalență mare a rezistenței la antibiotice și a fost clasificată ca un patogen de mare prioritate de către Centrele pentru Controlul și Prevenirea Bolilor. Ei cred că acest lucru are implicații puternice pentru alte boli.
„Începem cu Salmonella, dar extindem, evident, cu adaptările corecte pentru a ținti alte boli; alți patogeni bacterieni ar fi o direcție interesantă de explorat”, a spus Bataglioli.
„Avem un cadru în vigoare care arată că am putea potențial să adăugăm alte phage-uri și să țintim alte bacterii”, a spus Hsu.
Bataglioli intenționează să continue cercetările sale în domeniul bacteriofagilor la Școala de Inginerie Chimică de la Universitatea de Stat din Campinas, în São Paulo, Brazilia, în toamnă.
