Ученые манипулируют хорошими бактериями с помощью систем CRISPR

Исследование Университета штата Новая Северная Каролина показывает прогресс в сборе информации о важной, но трудно охарактеризовавшей кишечной бактерии человека, называемой Бифидобактерии, который используется во многих пробиотиках, помогающих поддерживать здоровый микробиом. Полученные данные обещают помочь сделать так называемые «хорошие бактерии» еще лучше.

«По мере того, как наша лаборатория расширяется и разнообразит типы полезных бактерий, с которыми мы работаем, мы обращаемся к более привередливым бактериям, таким как Бифидобактерии», — сказал Родольф Баррангу, заслуженный профессор Тодда Р. Клэнхаммера в области пищевых продуктов, биотехнологии и пищевых наук в штате Северная Каролина и соответствующий автор статьи, описывающей исследование, опубликованное сегодня в Труды Национальной академии наук. «Эту бактерию труднее выращивать и с ней труднее работать, чем с другими, но мы смогли сделать несколько важных открытий и больше узнать о генетической основе бактерии для ее полезных для здоровья функций».

Бифидобактерии является одним из двух основных игроков в индустрии пробиотиков наряду с лактобактерии и особенно преобладает в толстой кишке младенцев. Но с ним гораздо сложнее манипулировать, чем с Lactobacillus».

Мейхен (Эхо) Пан, доктор философии штата Северная Каролина. студент и первый автор статьи

Исследователи из штата Северная Каролина использовали как внутреннюю систему CRISPR-Cas бактерии, так и портативный разработанный эффектор CRISPR, чтобы сделать свои выводы. Системы CRISPR-Cas — это адаптивные иммунные системы, которые позволяют бактериям противостоять атакам таких врагов, как вирусы. Эти системы были адаптированы учеными для удаления или вырезания и замены определенных последовательностей генетического кода.

Бифидобактериикак оказалось, имеет множество нативных систем CRISPR-Cas, и одна из них является относительно малоизученной системой типа IG.

В отдельных экспериментах исследователи использовали эту внутреннюю систему и портативный эффектор Cas, называемый редактором оснований цитозина, для ресенсибилизации Бифидобактерии штамма к общему антибиотику – тетрациклину. Многие бактерии обладают естественной устойчивостью к антибиотикам.

«Восстановление чувствительности к антибиотикам концептуально и практически важно, потому что бактерии потенциально могут передавать устойчивость к антибиотикам другим бактериям в кишечнике», — сказал Пан.

Исследователи также обнаружили крошечные изменения в различных штаммах бактерии, так называемые однонуклеотидные полиморфизмы или SNP, которые, по-видимому, отражают большие различия в фенотипах или характеристиках штаммов.

«Это был удивительный урок: разница в одну букву в штаммах с генетическим кодом, который схож более чем на 99%, может иметь огромное значение», — сказал Баррангоу. «То, какие гены включаются и как они ведут себя в зависимости от окружающей среды, может иметь огромное значение и потребует от исследователей настройки инструмента CRISPR для соответствующей адаптации стратегии редактирования».

Штат Северная Каролина и Сельскохозяйственный фонд Северной Каролины поддержали эту работу в сотрудничестве с IFF. Соавторами статьи являются бывший постдокторант штата Северная Каролина Клаудио Идальго-Кантабрана, аспирант штата Северная Каролина Эйвери Робертс и бывший научный сотрудник штата Северная Каролина Йонг Джун Го, Уэсли Морович из IFF Health and Biosciences и Кимберли К.О. Уолден из Университет Иллинойса в Урбане Шампейн.