Designer Microbi: come questo improbabile strumento può combattere la malattia rara

Una pillola contenente milioni di batteri pronti a colonizzare l'intestino potrebbe essere un incubo per molti. Ma potrebbe diventare un nuovo strumento efficace per combattere le malattie.

In molte malattie genetiche ereditate un gene mutato significa che un individuo non può rendere necessaria una sostanza vitale affinché il suo corpo cresca, si sviluppi o funzioni. A volte questo può essere risolto con un sostituto sintetico - una pillola - che possono assumere quotidianamente per sostituire ciò che il loro corpo avrebbe dovuto fare naturalmente. Le persone con una malattia genetica rara chiamata fenilchetonuria (PKU) mancano di un enzima che è essenziale per abbattere le proteine. Senza di esso, sostanze chimiche tossiche si accumulano nel sangue e possono causare danni permanenti al cervello.

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Fortunatamente, la soluzione è facile. I medici trattano la malattia mettendo i loro pazienti su una dieta a bassissime proteine ​​per il resto della loro vita. Infatti, poiché la soluzione era così semplice, la PKU era il primo disturbo per cui i neonati venivano regolarmente sottoposti a screening, iniziando nel 1961, analizzando una goccia di sangue prelevata da una puntura sul tallone del bambino.

Ma immagina quanto può essere difficile misurare tutto ciò che mangi durante tutta la tua vita. Per curare la PKU, i ricercatori stanno attualmente esplorando nuove strategie di trattamento. Uno comporta l'uso di strumenti di modifica genetica per correggere le mutazioni genetiche. Tuttavia, la tecnologia attuale è ancora rischiosa; c'è la possibilità di distruggere altri geni e causare danni collaterali ai pazienti.

Cosa succederebbe se si potesse sostituire il gene rotto senza influenzare il genoma del paziente? Questo è esattamente ciò che hanno fatto i ricercatori della società biotecnologica Synlogic di Cambridge, Massachusetts. Decisero che invece di interferire direttamente con il genoma umano, avrebbero introdotto i geni terapeutici direttamente nei batteri presenti in natura che si trovano nell'intestino umano. Questi batteri geneticamente modificati produrrebbero quindi gli enzimi che mancavano ai pazienti affetti da PKU e scinderebbero le proteine ​​in prodotti non tossici.

Sono un ricercatore post-dottorato presso l'UCSD che studia la comunità di microbi che vivono all'interno del nostro corpo e il loro impatto sulla nostra salute. Ora stiamo iniziando a capire il ruolo che svolgono nel mantenerci sani. Il prossimo passo è capire come possiamo modificarli per migliorare la nostra salute. E lo studio di Synlogic sta avvicinando quel sogno.

Batteri ingegnerizzati che vivono nella nostra pancia

Potresti essere sorpreso di apprendere che il nostro intestino è popolato da migliaia di miliardi di batteri che ci aiutano a digerire il cibo, produrre vitamine per noi ed educare il nostro sistema immunitario. Questa comunità di microbi è il nostro microbioma. Insieme ospitano milioni di geni diversi nel loro genoma, superando di gran lunga i nostri geni umani da 150 a 1, e possiamo usarli a nostro vantaggio.

Escherichia coli Nissle 1917 è uno di quei microbi che vivono nella maggior parte di noi ed è stato ampiamente usato come probiotico per oltre un secolo, dimostrando la sua sicurezza.

Questo è il batterio che Synlogic ha scelto di ingegnere per creare un nuovo "super batterio" terapeutico chiamato SYNB1618 per i pazienti con PKU.

I ricercatori hanno introdotto tre geni che consentono a SYNB1618 di trasformare uno degli elementi costitutivi della proteina, un amminoacido chiamato fenilalanina, nel composto sicuro, il fenilpiruvato. Finché i livelli di fenilalanina sono mantenuti bassi, i pazienti con PKU non mostrano alcun sintomo e vivono una vita normale.

I batteri GM sono sicuri?

Gli oppositori di organismi geneticamente modificati potrebbero obiettare all'aggiunta di microbi stilistici nelle nostre viscere. Ma proprio come fanno con gli alimenti geneticamente modificati, ci sono rigide normative FDA che assicurano che questi microbi siano sicuri.

Nel caso di SYNB1618 i ricercatori hanno eliminato un gene responsabile della produzione di un ingrediente essenziale per la costruzione dei batteri. Se i ricercatori non forniscono l'ingrediente mancante per i batteri ingegnerizzati, non possono replicarsi e moriranno. È un modo per i ricercatori di controllare il SYNB1618 nel corpo di un paziente.

Quando hanno testato i microbi nei topi hanno scoperto che dopo 48 ore senza l'ingrediente cruciale, il SYNB1618 era svanito dalle viscere.

I ricercatori di Synlogic hanno anche preso altre precauzioni quando hanno progettato SYNB1618 e scelto quali microbi usare per la terapia. Oltre ai geni aggiunti per processare la fenilalanina, i batteri ingegnerizzati contengono esattamente gli stessi geni dell'originale E. coli Nissle 1917 che è nativo per l'intestino, garantendo la sua sicurezza.

Funziona davvero?

Una volta che i ricercatori hanno dimostrato che i batteri potevano convertire la fenilalanina in laboratorio, hanno deciso di somministrare i batteri ai topi con PKU. I risultati hanno mostrato che SYNB1618 ha degradato la fenilalanina circolando nell'intestino degli animali, che ha abbassato i livelli nel sangue dei topi trattati.

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Quindi, preparandosi per i test sugli esseri umani, i ricercatori hanno testato il SYNB1618 sulle scimmie, per garantire sicurezza ed efficacia negli esseri umani. Le scimmie sane senza PKU sono state alimentate con fenilalanina e successivamente hanno assunto una dose di microbi. I batteri SYNB1618 hanno ridotto con successo i livelli ematici di fenilalanina, proprio come hanno fatto nel topo.

Synlogic sta attualmente testando SYNB1618 negli esseri umani in uno studio clinico di fase 1.

Questo è un passo verso un nuovo approccio terapeutico che offre un grande potenziale per trattare malattie umane come il diabete e il cancro e per monitorare i livelli di infiammazione nelle malattie infiammatorie intestinali.

Mentre scopriamo e comprendiamo il ruolo di tutti i microbi che abitano i nostri corpi, mi aspetto che identificheremo i microbi che possono essere i veicoli perfetti per trasportare varie terapie geniche che trattano ancora più malattie, comprese quelle che coinvolgono il metabolismo e il sistema nervoso centrale.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation di Pedro Belda Ferre. Leggi l'articolo originale qui.