Un team di ricerca guidato dal biologo sintetico Xavier Duportet, co-fondatore dell'azienda biotecnologica Eligo Bioscience, è riuscito a progettare uno strumento di editing genetico in grado di modificare la popolazione batterica nel microbiota intestinale di topi viventi.
I primi risultati sperimentali hanno dimostrato che lo strumento ha contribuito a modificare il gene bersaglio in oltre il 90% delle colonie di Escherichia coli presenti nell'intestino di topi viventi. L'Escherichia coli è un tipo di batterio che normalmente vive nell'intestino degli esseri umani e degli animali. È noto che la maggior parte dei ceppi di E. coli causano diarrea transitoria e lieve, oppure infezioni intestinali gravi che portano a malattie più gravi con diarrea, dolori addominali e febbre.
Diversi studi precedenti hanno utilizzato il sistema di editing genetico CRISPR-Cas per uccidere i batteri nocivi presenti nell'intestino dei topi. Ma Duportet e i suoi colleghi volevano modificare i geni dei batteri nel microbioma intestinale senza ucciderli.
Per riuscirci, gli scienziati hanno utilizzato un metodo che consiste nello scambiare una base nucleotidica con un'altra, ad esempio convertendo una A in una G, senza rompere il doppio filamento del DNA. Ad oggi, la maggior parte dei metodi esistenti non riesce a modificare in modo sufficiente la popolazione batterica bersaglio per risultare efficace. Questo perché i vettori hanno introdotto solo recettori bersaglio comunemente presenti nei batteri coltivati in laboratorio.
Per superare questo ostacolo, Duportet e i suoi colleghi hanno progettato un veicolo di consegna che utilizza componenti di un batteriofago, un tipo di virus che infetta i batteri, per trasportare diversi recettori dell'Escherichia coli espressi nell'ambiente intestinale. Il vettore contiene uno “strumento di base per l’editing genetico” che prende di mira specifici geni di E. coli. Il team ha anche migliorato il sistema per impedire che il materiale genetico fornito si replichi e si diffonda una volta all'interno dei batteri.
Il team ha inserito lo strumento di base per l'editing genetico nei topi e lo ha utilizzato per modificare una A in una G in un gene dell'Escherichia coli che produce la β-lattamasi, un enzima che rende i batteri resistenti a determinati antibiotici. Circa otto ore dopo il trattamento degli animali, circa il 93% dei batteri bersaglio era stato geneticamente modificato.
I ricercatori hanno poi modificato lo strumento di editing in modo che potesse modificare il gene dell'Escherichia coli che produce una proteina che si ritiene svolga un ruolo in alcune malattie neurodegenerative e autoimmuni. La percentuale di batteri modificati si aggirava intorno al 70% entro tre settimane dal trattamento sui topi. In laboratorio, gli scienziati possono utilizzare lo strumento anche per modificare i ceppi di Escherichia coli e Klebsiella pneumoniae che possono causare infezioni polmonari. Ciò suggerisce che il sistema di editing potrebbe essere adattato in modo da colpire specie e ceppi batterici diversi.
Questa scoperta rappresenta un "grande passo avanti" nello sviluppo di strumenti in grado di modificare i batteri direttamente nell'intestino, aprendo la possibilità di combattere le malattie e impedendo al contempo la diffusione del DNA dannoso.
Il prossimo passo per Duportet e colleghi sarà sviluppare modelli murini di malattie indotte dal microbioma per misurare se specifiche modifiche genetiche abbiano effetti benefici sulla loro salute.
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