پروبیوتیک‌های مصنوعی راهی برای درمان بیماری‌های ژنتیکی
فنیل‌کتونوریا (PKU) یک نقص متابولیکی است که در آن بیمار نمی‌تواند اسیدآمینه فنیل‌آلانین را به‌طور کامل متابولیزه کند. این بیماری یک اختلال ژنتیکی ارثی است که به‌دلیل سطوح پایین آنزیم فنیل‌آلانین هیدروکسیلاز (PAH) (یا مسیر بازتولید غیرفعال کوفاکتور THB، کوفاکتور مورد نیاز فنیل‌آلانین هیدروکسیلاز) در بدن ایجاد می‌شود.
PKU یک وضعیت جدی است که اگر به‌موقع درمان نشود، علائمی نظیر اختلالات روحی و رفتاری، تشنج، پوست روشن را به‌همراه خواهد داشت. با کمک غربالگری نوزادان می‌توان بی نظمی در متابولیسم اسیدآمینه را به‌سرعت تشخیص داد و اگر بیمار از یک رژیم غذایی بسیار کم فنیل‌آلانین استفاده کند، می‌تواند از یک زندگی طبیعی برخوردار شود. با این وجود، حفظ رژیم درمانی مادام العمر چالش برانگیز است و با هزینه‌های بالا و محدودیت‌های اجتماعی همراه است.
گزینه‌های درمانی غیر تغذیه‌ای بسیار کمی برای درمان این نوع بیماری در دسترس است و هیچ علاجی برای آن وجود ندارد. یک نوع درمان تأییدشده، تزریق مداوم فنیل‌آلانین آمونیالیاز (PAL) پگیلیتد است. این آنزیم قادر است فنیل‌آلانین را تجزیه کند؛ با این‌حال، این روش درمانی هزینه بالایی دارد و با خطر ابتلا به آنافیلاکسی شدید همراه است. KUVAN یک فعال‌کننده مؤثر PAH در بیماران مبتلا به کمبود THB است که در بسیاری از بیماران قابل استفاده نیست و نمی‌تواند جایگزین رژیم‌های فنیل‌آلانین کم شود. ژن درمانی می‌تواند این مشکل را یک‌بار و برای همه بیماران حل کند، به‌گونه‌ای که جایگزین آنزیم غیر عملکردی بیمار در سطح DNA می‌شود. با این‌حال، چنین درمانی هنوز مورد تأیید قرار نگرفته‌است.
Synlogic، یک شرکت درمانی از کمبریج، MT، رویکرد متفاوتی را ارئه داد. این شرکت تصمیم گرفت به‌جای تلاش در اصلاح ژنوم بیمار، بر روی میکروبیوم آن‌ها تمرکز کند. ایده آن‌ها تغییر Escherichia coli Nissle برای از بین بردن فنیل‌آلانین قبل از آسیب رساندن به میزبان است. این باکتری به‌طور طبیعی در میکروبیوم انسان وجود دارد.
نتایج این تلاش در مجله Nature Biotechnology گزارش شده‌است، این در حالی است که یک آزمایش بالینی در حال انجام است. محققان E. coli را در دو مسیر کاتابولیزه فنیل آنالین طراحی کردند. آن‌ها در ابتدا PAL را بیان کردند. PAL یک آنزیم سیتوسلی است که به بیان هم‌زمان واردکننده فنیل‌آلانین نیاز دارد. در مرحله دوم، آن‌ها آنزیم L-آمینواسید دِآمیناز (LAAD) را بیان کردند که فنیل آلانین را به فنیل‌پیرووات تبدیل میکند. فنیل‌پیرووات یک آنزیم غشایی نیازمند اکسیژن است. هر دوی این روش‌ها می‌توانند میزان فنیل آلانین را در آزمایشات کاهش دهند، با این‌حال رشد کاهش‌یافته را نشان می‌دهند.
ایجاد سویه نهایی، نیاز به مهندسی هوشمندانه داشت. محققان درصدد طراحی سویه‌‌ای بودند که بتواند مسیرهای تجزیه فنیل آلانین را درست قبل از تزریق (با القاء) و در طول زندگی باکتری در روده، فعال کند. آن‌ها همچنین قصد داشتند آنزیم LAAD را در محیط دارای اکسیژن کم (شرایطی که آنزیم فعالیت دارد) بیان کنند. علاوه بر این، این سویه‌ها نیاز به هیچ کاست مقاومت در برابر آنتی‌بیوتیک (برای استفاده در انسان) ندارند و ترانس‌ژن‌هایی دارند که جهت پایداری در ژنوم گنجانده شده‌اند. تمامی این مشخصات در طراحی سویه نهایی E. coli SYNB1618 گنجانده شد. SYNB1618 به‌ترتیب دارای سه و دو نسخه از PAL و LAAD است تا بتواند فقدان عملکرد بالقوه ناشی از جهش‌های تصادفی را تخمین بزند. SYNB1618 همچنین نیازمند دی‌آمینوپیمیلات خارجی است که در تشکیل دیواره سلولی نقش دارد، این ویژگی به‌عنوان یک دستگاه محافظتی زیستی اضافه شده‌است.
کارایی سویه نهایی به‌عنوان تنظیم‌کننده فنیل‌آلانین در موش‌های مبتلا به PKU و میمون‌های سالم مورد آزمایش قرار گرفت. محققان در هر دو مورد، محصولات تخریبی حاصل از فعالیت آنزیم‌های هتروژنوس را در ادرار حیوانات مذکور تشخیص دادند، این در حالی بود که هیچ گونه عارضه جانبی مشاهده نشد. آن‌ها همچنین مشاهده کردند که تزریق سویه پروبیوتیک در موش‌های بیمار با کاهش 38 درصدی سطوح خونی فنیل‌آلانین همراه است.
SYNB1618 می‌تواند به‌عنوان یک تنظیم‌کننده فنیل آلانین عمل کند، به‌خصوص در بیماران بالغ مبتلا به PKU که در حفظ رژیم غذایی با مشکلاتی روبه‌رو هستند. استفاده از میکروبیوم در برنامه‌های درمانی یک مسیر شگفت‌انگیز و امیدوارکننده است که مطالعات بعدی بیش‌تری را طلب میکند.
☑ لینک خبر
☑ لینک مقاله
