Biologii transformă bacteriile intestinale în farmacii de proteine ​​minuscule

Cercetătorii de la Virginia Tech au reușit să rezolve una dintre cele mai mari provocări ale administrării medicamentelor la nivelul intestinului gros: distrugerea prematură a substanțelor active în stomac și intestinul subțire. Studiul, publicat în jurnalul Nature Biotechnology, demonstrează cum bacteriile intestinale pot fi transformate în mici fabrici de proteine, capabile să producă și să elibereze un flux constant de proteine terapeutice direct în tractul gastrointestinal inferior.
Această abordare reprezintă o inovație majoră, deoarece permite eliberarea controlată și susținută a medicamentelor în intestin, evitând degradarea rapidă a acestora în mediul acid al stomacului. Prin utilizarea unor bacteriofagi modificați genetic, echipa condusă de biologul Bryan Hsu a reprogramat bacteriile intestinale pentru a produce și secreta proteine cu potențial terapeutic.

Utilizarea bacteriofagilor ca vectori terapeutici

Bacteriofagii (sau fagii) sunt virusuri care infectează bacteriile, introducând material genetic care le transformă în uzine de producție a unor noi fagi. În mod natural, acest proces duce la distrugerea celulei bacteriene într-un fenomen numit liza celulară, eliberând un număr mare de noi fagi. În cadrul acestui studiu, cercetătorii au modificat genetic fagii astfel încât, pe lângă replicarea lor, aceștia să determine bacteriile-gazdă să producă proteine terapeutice, care sunt eliberate în timpul procesului de liza bacteriană.

Această metodă oferă un avantaj semnificativ față de alte tehnici de administrare a proteinelor terapeutice, deoarece bacteriile intestinale modificate genetic sunt adesea în competiție cu microbiota naturală, iar colonizarea lor poate fi dificilă. În schimb, fagii pot livra rapid și eficient materialul genetic direct bacteriilor deja prezente în intestin, fără a fi necesară introducerea unor noi specii microbiene.

Demonstrarea eficacității în modele animale

Pentru a valida această tehnologie, echipa de cercetare, inclusiv doctorandul Zachary Baker și profesorul Yao Zhang, a aplicat fagii modificați genetic în două modele de boli la șoareci. Ei au demonstrat că bacteriile intestinale reprogramate au produs și eliberat proteine terapeutice care au avut efecte benefice în două condiții medicale:

• Reducerea inflamației - Prin producerea unei proteine care inhibă o enzimă pro-inflamatorie asociată cu boala inflamatorie intestinală, cercetătorii au reușit să reducă inflamația în modelele de colită la șoareci.
• Scăderea în greutate - Administrarea fagilor modificați a dus la eliberarea unei proteine care induce senzația de sațietate. Șoarecii hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi, asemănătoare cu dieta occidentală, au acumulat mai puțină greutate decât cei netratați.

Aceste rezultate confirmă că metoda poate fi utilizată pentru tratarea bolilor cronice prin reglarea activității proteinelor la nivel intestinal.

Perspective viitoare și provocări

Deși această tehnologie reprezintă un progres major, există încă provocări de rezolvat. Următorul obiectiv al echipei este de a permite absorbția medicamentelor în circulația sistemică. În prezent, proteinele produse de bacterii sunt livrate doar în intestin, dar pentru multe afecțiuni este necesară transportarea lor în fluxul sanguin.

Profesorul Bryan Hsu descrie această problemă într-un mod sugestiv: „Este ca și cum am fi Amazon. Am livrat coletul la ușă, dar acum trebuie să găsim o modalitate de a suna la sonerie.”

Pentru a explora potențialul comercial al tehnologiei, cercetătorii colaborează cu National Science Foundation I-Corps și Fralin Commercialization Fellowship, în încercarea de a transforma această inovație într-o metodă utilizabilă clinic.

Concluzie

Acest studiu demonstrează o metodă inovatoare de livrare a medicamentelor la nivelul intestinului gros, utilizând bacteriofagi modificați genetic pentru a transforma bacteriile intestinale în surse naturale de proteine terapeutice. Prin această abordare, echipa de cercetători a reușit să depășească una dintre cele mai mari bariere ale terapiei orale, creând un sistem de administrare susținută și eficientă a tratamentelor direct la locul țintă. Următorii pași includ optimizarea tehnologiei pentru utilizare umană și explorarea metodelor de transport al proteinelor în circulația sistemică.