تم تعديل جينات بكتيريا الأمعاء بنجاح في الفئران الحية

نجح فريق بحثي بقيادة عالم الأحياء الاصطناعية زافييه دوبورتيه، المؤسس المشارك لشركة التكنولوجيا الحيوية إيليجو بيوساينس، في تصميم أداة لتحرير الجينات يمكنها تعديل تعداد البكتيريا في ميكروبات الأمعاء لدى الفئران الحية.

وأظهرت النتائج التجريبية الأولية أن الأداة ساعدت في تعديل الجين المستهدف في أكثر من 90% من مستعمرات الإشريكية القولونية داخل أمعاء الفئران الحية. الإشريكية القولونية هي نوع من البكتيريا التي تعيش عادة في أمعاء البشر والحيوانات. من المعروف أن معظم سلالات الإشريكية القولونية تسبب إسهالًا عابرًا وخفيفًا، أو بعض الالتهابات المعوية الشديدة التي تؤدي إلى مرض أكثر خطورة مع الإسهال وآلام البطن والحمى.

وقد استخدمت العديد من الدراسات السابقة نظام تحرير الجينات CRISPR—Cas ​​لقتل البكتيريا الضارة في أمعاء الفئران. لكن دوبورتيه وزملائه أرادوا تعديل جينات البكتيريا الموجودة في ميكروبيوم الأمعاء دون قتلها.

وللقيام بذلك، استخدم العلماء طريقة لمبادلة قاعدة نيوكليوتيدية بأخرى - مثل تحويل A إلى G - دون كسر الشريط المزدوج للحمض النووي. حتى الآن، فشلت معظم الطرق الحالية في تعديل مجموعة البكتيريا المستهدفة بشكل كافٍ لتصبح فعالة. ويرجع ذلك إلى أن النواقل أدخلت فقط مستقبلات مستهدفة موجودة عادة في البكتيريا المزروعة في المختبر.

وللتغلب على هذه العقبة، قام دوبورتيه وزملاؤه بتصميم مركبة توصيل تستخدم مكونات من البكتيريا العاثية - وهو نوع من الفيروسات التي تصيب البكتيريا - لحمل العديد من مستقبلات الإشريكية القولونية المعبر عنها في بيئة الأمعاء. يحمل الناقل "أداة أساسية لتحرير الجينات" تستهدف جينات محددة من البكتيريا القولونية. كما قام الفريق بتحسين النظام لمنع المادة الوراثية الموردة من التكاثر والانتشار بمجرد وجودها داخل البكتيريا.

قام الفريق بإدخال أداة تحرير الجينات الأساسية في الفئران واستخدموها لتغيير الحرف A إلى الحرف G في جين E. coli الذي ينتج β-lactamase - وهو إنزيم يجعل البكتيريا مقاومة لبعض المضادات الحيوية. بعد حوالي ثماني ساعات من معالجة الحيوانات، تم تعديل جينات حوالي 93% من البكتيريا المستهدفة.

ثم قام الباحثون بتعديل أداة التحرير حتى تتمكن من تعديل جين الإشريكية القولونية الذي ينتج بروتينًا يُعتقد أنه يلعب دورًا في بعض الأمراض العصبية التنكسية وأمراض المناعة الذاتية. بلغت نسبة البكتيريا المعدلة حوالي 70% خلال ثلاثة أسابيع من علاج الفئران. وفي المختبر، يستطيع العلماء أيضًا استخدام الأداة لتحرير سلالات من البكتيريا الإشريكية القولونية والكلبسيلة الرئوية التي يمكن أن تسبب عدوى الالتهاب الرئوي. ويشير هذا إلى أن نظام التحرير قد يكون مصمماً لاستهداف سلالات وأنواع بكتيرية مختلفة.

ويمثل هذا الإنجاز "قفزة كبيرة" في تطوير أدوات يمكنها تعديل البكتيريا مباشرة داخل الأمعاء، مما يفتح المجال أمام إمكانية مكافحة الأمراض مع منع انتشار الحمض النووي الضار.

والخطوة التالية التي يتعين على دوبورتيه وزملائه القيام بها هي تطوير نماذج الفئران للأمراض الناجمة عن الميكروبيوم لقياس ما إذا كانت التعديلات الجينية المحددة لها تأثيرات مفيدة على صحتهم.