Kluczowe wnioski:

  • Zmodyfikowany probiotyk Escherichia coli Nissle 1917 może produkować i kontrolowanie uwalniać likopen w jelitach.
  • Dzięki modyfikacjom genetycznym naukowcy zwiększyli produkcję likopenu aż 11-krotnie.
  • System pozwala na precyzyjne sterowanie ilością uwalnianej substancji poprzez zmianę dawki i czasu indukcji arabiną.
  • Technologia może stanowić podstawę do tworzenia nowych systemów dostarczania aktywnych związków za pomocą bezpiecznych bakterii probiotycznych.

Co to jest Escherichia coli Nissle 1917 i dlaczego jest ważna?

Escherichia coli Nissle 1917, znana w skrócie jako EcN, to nieszkodliwy szczep bakterii wyizolowany z ludzkiego jelita. Od wielu lat stosuje się ją jako probiotyk wspomagający prawidłową pracę układu pokarmowego. Badacze zauważyli, że szczep ten ma wyjątkowe właściwości – potrafi trwale kolonizować jelita oraz wykazuje naturalne powinowactwo do tkanek nowotworowych, zachowując przy tym wysoki poziom bezpieczeństwa.

Jak naukowcy zmodyfikowali bakterie, aby produkowały likopen?

Zespół badawczy postanowił wykorzystać szczep EcN jako żywy system dostarczania likopenu – związku o silnych właściwościach przeciwutleniających. W tym celu wprowadzono do genomu bakterii geny odpowiedzialne za syntezę tego karotenoidu, umieszczając je pod kontrolą promotorów indukowanych arabiną. Dzięki temu produkcja likopenu mogła być włączana i wyłączana w zależności od potrzeb.

Zwiększenie wydajności produkcji

Pierwsza wersja zmodyfikowanego szczepu (EcN-C1) produkowała stosunkowo niewielkie ilości likopenu. Naukowcy postanowili więc zwiększyć przepustowość naturalnej ścieżki metabolicznej bakterii, znanej jako szlak metyloerytrytolo-fosforanowy. W tym celu nadprodukcję poddano trzy kluczowe enzymy: izomerazę difosforanu izopentenylu, syntazę 1-deoksy-D-ksylulozo-5-fosforanu oraz syntazę farnezylodifosforanu.

Wprowadzenie dodatkowej ścieżki metabolicznej

Kolejnym krokiem było wprowadzenie do bakterii obcej ścieżki mewalonianowej, pochodzącej z innych organizmów. Ta dodatkowa droga metaboliczna dostarczyła większej ilości prekursorów potrzebnych do syntezy likopenu. W rezultacie produkcja związku wzrosła o kolejne 2,58 raza, osiągając ostatecznie poziom 15,24 miligrama na litr – ponad 11 razy więcej niż w pierwotnym szczepie.

Sprawdź również:  Mniszek lekarski w walce z rakiem: Od składu chemicznego po szlaki sygnałowe w komórkach nowotworowych

Jak kontrolować ilość uwalnianego likopenu?

Kluczowym elementem projektu była możliwość precyzyjnego sterowania produkcją likopenu. Naukowcy stworzyli cztery różne warianty zmodyfikowanych bakterii (EcN-C1 do EcN-C4), które różniły się poziomem produkcji związku. Poprzez zmianę dawki arabininy oraz czasu indukcji udało się uzyskać zakres produkcji od 0,02 do 15,24 miligrama na litr – co daje aż 800-krotny zakres regulacji.

Potencjalne zastosowania kliniczne

Opracowana technologia stanowi ważny krok w kierunku tworzenia inteligentnych systemów dostarczania substancji aktywnych za pomocą bakterii probiotycznych. W przyszłości podobne rozwiązania mogą znaleźć zastosowanie w terapii chorób jelit, wspomaganiu leczenia nowotworów czy dostarczaniu związków o działaniu przeciwzapalnym bezpośrednio do miejsca ich działania.

Podsumowanie

Badanie pokazuje, że bezpieczne bakterie probiotyczne można przekształcić w precyzyjne fabryki związków aktywnych, których produkcją i uwalnianiem można sterować w zależności od potrzeb organizmu. To obiecujący kierunek rozwoju nowoczesnych metod terapii, łączących zalety probiotykoterapii z możliwościami inżynierii metabolicznej.

Źródło: Oryginalny artykuł