Кишечная палочка (E. coli). Иллюстрация: Chris Bickel / Журнал Science
Американский стартап Synlogic, основанный совместно с профессорами Массачусетского технологического института, готов вывести на рынок новый класс медицинских препаратов. Его называют «синтетическими бактериями» и «живой терапией». Капсулы для прерорального применения содержат колонию живых бактерий. Попадая в кишечник они начинают полезную деятельность. Задача — устранить определённые метаболические аномалии, которые являются следствием заболеваний и редких генетических нарушений.
В организме человека постоянно живут триллионы разнообразных бактерий, которые находятся в симбиозе с нами. Количество микробов более чем на порядок превышает количество клеток человеческого тела. Общая масса микрофлоры кишечника — от 1 до 3 кг. Без этих симбионтов мы просто не выживем.
Все они в совокупности называются микрофлорой или микробиотой человека. Микрофлора кишечника человека состоит из более чем 500 видов, большинство из которых — бактерии, например, кишечная палочка. Другие представители микрофлоры — микроскопические грибы, в частности, дрожжи, а также простейшие. Один только кубический сантиметр человеческой слюны содержит от десяти миллионов до миллиарда бактерий.
Изучение микрофлоры кишечника — одно из перспективных направлений современной науки. В последние годы научные исследования показали, что микробиота представляет собой сложнейшую экосистему, которая оказывает ключевое влияние на здоровье человека, в том числе на его физическое и психическое состояние. Человека можно рассматривать как «сверхорганизм». Сообщество микробов управляет человеческим телом, программируя обмен веществ в теле с помощью ферментов, которые кодируются геномом бактерий.
Учёные вынуждены признать, что они не в состоянии традиционными методами дать полную качественную и количественную характеристику микробиоценозов организма человека, а тем более анализировать популяционных взаимодействий микроорганизмов, микробных «сигнальных систем» и определить прочие характеристики микрофлоры. Это связано с практической невозможностью культивирования более чем 50% представителей микрофлоры человека.
Для анализа микробиоты разработаны принципиально новые направления и методы микробиологии, прежде всего молекулярно-генетические методы с использованием генетических платформ для метагеномных исследований.
Стартап Synlogic работает именно в этом инновационном направлении, изучая микрофлору и пытаясь на неё как-то повлиять, чтобы косвенно скорректировать человеческий метаболизм. Например, синтетические бактерии могут устранять в организме излишки аммиака. Первые клинические испытания экспериментального препарата Synlogic назначены на начало 2017 года.
Синтетическая бактерия для устранения излишком аммиака — только первый пробный шар в новом классе программируемых бактерий, которые предназначены для лечения различных болезней. Научные исследования в этой области идут более 15 лет, а бактерии Synlogic в капсулах — один из первых конкретных медицинских препаратов, которые могут быть одобрены для медицинского применения. В данный момент на рассмотрении Управления по контролю за продуктами и лекарствами США на ходится от 8 до 10 генномодифицированных микроорганизмов.
Основная идея в том, чтобы генетически подкорректировать бактерию E. coli, обычную кишечную палочку, которая в большом количестве присутствует в организме. Генетически модифицированная бактерия обладает особым аппетитом к вредному аммиаку, который постоянно образуется во всех тканях и органах организма, а особенно активно — в печени, кишечнике, мышцах и нервных тканях. Это чрезвычайно токсичное соединение, которое необходимо связать (обезвредить) и вывести из организма.
Обычно аммиак выводится через мочу, но организм некоторых людей не способен связывать и выводить его достаточно быстро. Из-за этого в организме накаливается достаточно высокий и токсичный уровень аммиака. Вплоть до того, что человек становится раздражительным, впадает в делирий, а у новорожденных такое нарушение метаболизма может вызвать даже смерть. Синтетическая кишечная бактерия помогает преобразовать аммиак в безвредный аргинин.
По рецептуре Synlogic, человеку для нормализации обмена аммиака в организме будет достаточно достаточно принимать ежедневно по одной капсуле препарата, которая содержит 100 млрд бактерий генетически модифицированной кишечной палочки.
Биотехнологический стартап уже получил около $70 млн венчурного финансирования. Независимые специалисты считают, что это очень перспективное направление фармакологии. Например, другой стартап Ernest Pharmaceuticals экспериментирует с лечением злокачественных опухолей с помощью генномодифицированной сальмонеллы. Это специфическая бактерия, которая имеет свойство скапливаться в раковых опухолях. Учёные пытаются использовать это свойство сальмонеллы. Сконструированный ими организм должен выделять противораковое лекарство, когда попадёт в клетки злокачественной опухоли.
Клинические испытания должны проверить, что ГМО-бактерии кишечной палочки безвредны для организма и не обмениваются генами с нормальными бактериями человеческой микрофлоры. Инженеры сделали так, что для деления синтетического организма требуется наличие специфического вещества — тимидина, которого очень мало в человеческом кишечнике. Это гарантирует, что ГМО-бактерия не оставит потомства.
Возможно, спустя несколько лет на прилавках аптек мы увидим немало различных бактерий с генными модификациями. Вообще, такие ГМО применяют не только в медицине. Например, недавно сообщалось о разработке микрооранизма, который синтезирует морфий из глюкозы, так что будущее обещает быть интересным.
По оценкам специалистов, американский фармацевтический рынок синтетических бактерий — лекарственных пилюль и йогуртов с живыми бактериями — составляет $3,5 млрд.
Источник
