Opracowanie monitorów biologicznych dla przewodu pokarmowego
Czy na jednym zdjęciu można uchwycić głębię życia? Aby zajrzeć w biologię molekularną komórki, naukowcy wykorzystują metody bardzo przypominające działaniem aparat fotograficzny — potrafią uchwycić tylko pojedynczą migawkę. Pełne zrozumienie wszystkich procesów dynamicznych zachodzących na tym poziomie wymaga czegoś, co przypominałoby bardziej kamerę wideo. Naukowcy z Wydziału Nauki i Inżynierii Biosystemów(odnośnik otworzy się w nowym oknie) Politechniki Federalnej w Zurychu (ETH Zurich) niedawno opracowali technikę(odnośnik otworzy się w nowym oknie), która dokładnie do tego służy. Podejście to, znane jako Record-seq, wykorzystuje technologię edycji genów CRISPR do przekształcania fragmentów komórkowego RNA w DNA. Kwasy RNA zawierają wiadomości o aktualnym stanie komórki, ale szybko ulegają degradacji — informacje, które można w nim znaleźć, są statyczne, jak zdjęcie. DNA może przenosić sekwencje tych wiadomości, zapewniając dłuższy zakres czasowy — w rzeczy samej niczym molekularna kamera wideo. W ramach projektu CRISPRhistory(odnośnik otworzy się w nowym oknie), który był finansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), naukowcy starali się wykorzystać technikę Record-seq do ciągłego monitorowania procesów zachodzących w jelitach ssaków. Komórki w jelitach reagują na zmiany środowiskowe poprzez zmianę ekspresji swoich genów, zatem śledzenie ekspresji może dostarczyć więcej informacji na temat odżywiania, a nawet rozwoju chorób, takich jak nowotwory. Zespół skupił się na opracowaniu „komórek wskaźnikowych” (ang. sentinel cells), które mogą rejestrować swoje otoczenie. „Opracowaliśmy rejestrowanie transkrypcji za pomocą komórek wskaźnikowych, aby działały jak biosensory, które «rejestrują» to, czego doświadczyła komórka" — wyjaśnia Florian Schmidt(odnośnik otworzy się w nowym oknie), naukowiec z Politechniki Federalnej w Zurychu.
Tworzenie biomonitorów ludzkiego przewodu pokarmowego
Gdy bakterie przechodzą przez przewód pokarmowy, są narażone na działanie różnych środowisk. Analiza kału daje jedynie ograniczony, aktualny wycinek informacji, a badaczy bardzo interesuje, co przechodzi bakteria głębiej w jelicie. Przy projektowanie komórek wskaźnikowych z biosensorami, zespół zwrócił swoje zainteresowanie na Escherichia coli, bakterię naturalnie występującą w ludzkich jelitach. Chociaż badacze wykorzystujący technikę Record-seq mogą odczytać to, co wyczuwa E. coli, kilka biomarkerów jelitowych związanych z chorobami nie wywołuje swoistych odpowiedzi E. coli. Aby pozbyć się tego martwego punktu, zespół opracował nowatorskie biosensory ukierunkowane na krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe, które są silnie związane ze zdrowiem gospodarza, zwłaszcza w przypadku zaburzeń metabolicznych, a które są trudne do wykrycia w warunkach klinicznych. „Nasze wyniki sugerują, że dane wyjściowe tych biosensorów idealnie integrują się z architekturą Record-seq” — zauważa Schmidt. „Przewidujemy, że zakończymy te działania w tym roku i wyślemy artykuł opisujący przeprowadzone prace do publikacji w recenzowanym czasopiśmie”.
Wspieranie badań nad mikrobiomem jelitowym
W badaniach na myszach zespół z powodzeniem zademonstrował, że jego technologia Record-seq może być wykorzystywana zarówno jako narzędzie naukowe, jak i diagnostyczne do badania mikrobiomu jelitowego. Zespołowi udało się rozpoznać różne żywienie myszy, a nawet dostrzec, gdy dana mysz spożywała niezdrową dietę przez tydzień, nawet po dwóch tygodniach po ponownym przejściu na zdrową dietę. „Jest to bardzo obiecujące, biorąc pod uwagę możliwość monitorowania ludzkich pacjentów w przyszłości” — dodaje Schmidt. Praca ta wspiera również wielu innych naukowców w dziedzinie badań nad mikrobiomem jelitowym, wprowadzając nowe narzędzie umożliwiające bezinwazyjne badania jelit. Obecnie zespół aktywnie pracuje nad translacją swojej technologii, aby ostatecznie mogła zostać wdrożona do diagnostyki u ludzi. „Przed nami długa droga, która przyniesie wiele nowych ekscytujących odkryć” — zapowiada Schmidt.
