استفاده از یک سیستم طبیعی باکتریایی در ژن درمانی

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، محققان مؤسسه تحقیقات مغز مک گاورن در MIT و مؤسسه Broad MIT و هاروارد از یک سیستم باکتریایی طبیعی برای توسعه یک رویکرد جدید تحویل پروتئین استفاده کرده اند که در سلول های انسانی و حیوانات کار می کند. این فناوری که امروزه در Nature شرح داده شده است، می تواند به گونه ای برنامه ریزی شود که انواع مختلفی از پروتئین ها، از جمله پروتئین هایی برای ویرایش ژن، را به انواع مختلف سلول تحویل دهد. این سیستم به طور بالقوه می تواند راهی ایمن و کارآمد برای ارائه ژن درمانی و درمان سرطان باشد.

این تیم به سرپرستی دانشیار MIT، فنگ ژانگ، محقق مؤسسه مک گاورن و عضو اصلی مؤسسه براد، از یک ساختار تزریقی کوچک سرنگ مانند که توسط یک باکتری تولید می شود، استفاده کردند که به طور طبیعی به سلول های حشره متصل می شود و محموله پروتئینی را به داخل تزریق می کند. آنها را محققان از ابزار هوش مصنوعی AlphaFold برای مهندسی این ساختارهای سرنگ برای رساندن طیف وسیعی از پروتئین های مفید به سلول های انسانی و سلول های موش های زنده استفاده کردند.

باکتری های همزیست از دستگاه های سرنگ مانندی به طول تقریباً ۱۰۰ نانومتر برای تزریق پروتئین به سلول های میزبان استفاده می کنند تا به تنظیم زیست شناسی محیط اطراف خود کمک کنند و بقای خود را افزایش دهند. این ماشین ها که سیستم های تزریق انقباضی خارج سلولی (eCISs) نامیده می شوند، از یک لوله سفت و سخت در داخل یک غلاف تشکیل شده اند که منقبض می شود و یک اسپایک در انتهای لوله از غشای سلولی عبور می کند. این امر محموله پروتئینی داخل لوله را مجبور می کند تا وارد سلول شود.

در قسمت بیرونی یک انتهای eCIS فیبرهای دمی قرار دارند که گیرنده های خاصی را در سطح سلول تشخیص می دهند و روی آن می چسبند. تحقیقات قبلی نشان داده است که eCIS ها به طور طبیعی می توانند سلول های حشرات و موش را هدف قرار دهند، اما کریتز فکر می کرد که ممکن است بتوان آنها را برای رساندن پروتئین به سلول های انسانی با مهندسی مجدد رشته های دم برای اتصال به گیرنده های مختلف تغییر داد.

محققان با استفاده از AlphaFold که ساختار پروتئین را از روی توالی اسید آمینه آن پیش بینی می کند، فیبرهای دم یک eCIS تولید شده توسط باکتری Photorhabdus را برای اتصال به سلول های انسانی دوباره طراحی کردند. دانشمندان با مهندسی مجدد بخش دیگری از مجموعه، سرنگ را فریب دادند تا پروتئین مورد نظر خود را تحویل دهد.

این تیم eCIS هایی ساختند که سلول های سرطانی گیرنده EGF را مورد هدف قرار دادند و نشان دادند که تقریباً 100 درصد سلول ها را می کشند، اما روی سلول های بدون گیرنده تأثیر نمی گذارند. اگرچه کارایی تا حدی به گیرنده ای بستگی دارد که سیستم برای هدف گیری طراحی شده است، کریتز می گوید که یافته ها نوید سیستم را با مهندسی متفکرانه نشان می دهد.

محققان همچنین از یک eCIS برای رساندن پروتئین ها به مغز در موش های زنده استفاده کردند - جایی که پاسخ ایمنی قابل تشخیص را برانگیخت و نشان می دهد که eCIS می تواند روزی برای تحویل ایمن ژن درمانی به انسان استفاده شود.