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2019年10月7日

个性化的基因传递到肠道

MAGIC - Wang Lab

这里示出:(a)以相对于传统的方法培育第一微生物和然后测试遗传可访问性,在天然环境魔线束水平基因转移遗传修饰的细菌在原位。 (b)中魔术实施以从经工程改造的供体菌株转移复制或整合PGT载体引入适合的收件人在一个复杂的微生物。复制载体的复制功能(orir)的广宿主范围原点,而整合载体含有转座himar盒和转座。供体即大肠杆菌菌株含有整合在基因组接合转移的基因(TRA)和mCherry的基因。转导结合体的细菌基于经工程改造的有效载荷,其包括GFP和抗生素抗性基因(ABR)的表达是可检测的。

一个研究小组,由博士领导。 哈里斯旺 系统生物学系 已经工程菌受益并改善我们的肠道微生物的整体健康。在发表在验证的概念文件 自然方法 博士。王和他的团队展示神奇,创新的基因传递系统,“黑客”肠道微生物从食物中执行任何所需的功能,从采集能源和防止病原体侵入到bolstering抗发炎的特性和调节免疫反应。

“魔系统让我们能够直接插入新基因功能到现有的微生物不会永久改变微生物作为一个整体的组成,”说 陈摇摆 ,一个MD /博士研究生在实验室旺和研究的合着者。

“有了这个系统,我们可以指导你自己的细菌群落来表达我们预编程的基因对你最有利的,”说 卡洛塔隆达 博士,一个西门子初级研究员,谁是共同第一作者陈上的研究工作 王实验室 。 “你自己的社区将被改造,使你更健康。” 

近年来,科学家们更好地理解方面取得了重大进展肠道的细菌群落,以及一些细菌的已知的好处已经作出了主流方式。益生菌为一体,已在平均家庭药箱,谁想要采取“好”细菌“摆平”他们的胃赢得了自己的位置。然而,肠道微生物包括远远超过我们的消化道。 

“肠道微生物是我们生理的内在组成部分,并为我们继续发现它在整个人类的健康发挥的各种作用已经成为在刚刚过去的十年中越来越重要,”博士指出。王,在哥伦比亚的瓦格洛斯内科医生和外科医生学院系统生物学助理教授。 “如果我们想更好地了解人体生理学,我们需要调查微生物 - 宿主相互作用的复杂性。”

“我们可以指导你自己的细菌群落来表达我们预编程的基因对你最有利的。” -carlotta隆达,博士,研究的共同作者。

例如,肠道微生物已被证实与大脑化学物质和我们的免疫系统的发展。研究细菌的复杂的,多方面的社会不仅是指连接在肠道微生物如何帮助我们消化食物的点,但其在那些尚未多种生物学机制参与到被发现。 

魔术是建立在DNA交换的机制,这种机制在细菌中自然存在。该系统是基于共轭,其中细菌走到一起自然地交换遗传物质,各种各样的并集的过程。旺实验室工程魔术作为基因递送系统,以便提供一个预先定义的遗传有效负载(功能)repurposes缀合在肠道微生物。在小鼠中测试研究人员携带新的合成函数载体文库的交付模型。实际的新的遗传性状是直接编入通过横向基因转移主机本身的微生物。 

在验证的概念的研究中,研究人员使用经工程改造的大肠杆菌菌株(供体菌株)提供,通过移动元件,荧光报告,帮助他们识别在肠道中经遗传修饰的共生体。这个跟踪系统使隔离和携带,然后可以部署早在“个性化益生菌”的新的合成功能的肠道细菌的培养。这些主机适于细菌能够浸润且稳定地定殖充当新性状的遗传水库以及一个新的供体能够调动工程化的DNA中的现有微生物。这台主机的个性化策略所允许的新编程功能将持续更长的时间。 

“我们利用由所交换的DNA的重新编码的一部分这种机制下,”博士解释说。隆达。 “如果你能想象,在未来,我们可以利用这个系统来介绍抗癌药物可能被微生物编码,或交付产生对人体健康相关的分子途径。” 

为此,球队一直在努力重新编码,促进肠道健康,并能预防或治疗疾病的路径。其提供的特定途径的抗炎作用,例如能力,为个体肠道微生物可以帮助自然提升有益特性受刺激消化道。球队现在在实验室中测试这项技术。 

在旺实验室正在进行的工作包括实验工具和技术的创新套件的开发,以了解在高分辨率肠道微生物群落。他们在探索潜在的宿主细菌相互作用的机制正在进行的工作将提供微生物在健康和疾病中的作用有了更深的了解。

陈表示,“我们一直在努力的协同项目,如了解基因调控元件跨越不同的细菌,基于CRISPR-内存开关,和编码这两个基因在同一块的DNA如何运作,这可能会派上用场下来的道路开发各种肠道微生物基因复杂的电路“。

而其当前的目标与魔法的基因传递系统是广泛的,研究人员预计这种技术来帮助推动精密医学的目标,剪裁他们的系统定位到肠道有益的非常具体的功能。 

这项研究中,“就地哺乳动物肠道微生物宏基因组工程”,发表在自然的方法。合作者包括太阳城平台和斯蒂芬妮j的维托尔·卡布拉尔。麻省理工学院的yaung。这项工作是由DARPA资助,美国国立卫生研究院,美国国家科学基金会,ONR,和宝来惠康路径。 

-melanie一个。农民