Это чувство внутри? Ну, это у вас в голове, но некоторые из них действительно начинаются в желудочно-кишечном тракте.
Некоторые из триллионов бактерий, живущих в вашем кишечнике, среди вирусов, эукариот и архей, синтезируют некоторые нейротрансмиттеры, которые отвечают за ваши нервы, тревогу и эйфорию.
Когда у вас недостаточно или слишком много любого из этих гормонов, ваше психическое здоровье может пострадать.
Тэ Сок Мун, доцент кафедры энергетики, окружающей среды и химической инженерии Инженерной школы МакКелви Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Луис, говорит, что сам испытал этот дисбаланс. И он работает над исправлением: генно-инженерные бактерии, которые могут контролировать химическое производство внутри кишечника человека и устранять любой дисбаланс.
Его исследование было опубликовано 11 ноября в журнале Cell Systems.
«Это трудная работа, - сказал Мун, - поддерживать баланс нейротрансмиттеров». Но он уже начался. В 2017 году Мун получил грант на разработку пробиотика, специально предназначенного для защиты людей от негативных последствий для здоровья при выбросах адреналина.
Метод Муна включает в себя разработку «бактериального датчика», который может обнаруживать определенные химические вещества в кишечнике человека. Он работал над аналогичными датчиками в своей лаборатории с целью в конечном итоге создать модульную систему с различными датчиками с помощью генной инженерии. Он уже разработал датчики температуры, pH, уровня кислорода, света, загрязняющих веществ и других химических веществ, связанных с болезнями.
Конкретность - ключ к успеху
Мун не первый, кто разработал такие датчики, но до сих пор они в основном страдали от отсутствия специфичности. Сенсоры могут испытывать трудности, когда дело доходит до различения молекул схожей структуры.
«Специфика в инженерии - одна из самых больших проблем, - сказал Мун. «Но мы доказали, что это можно сделать».
Доказательство находится в генно-инженерной бактерии Escherichia coli Nissle 1917 (EcN), которая имеет сенсор для одного - и только одного - типа молекулы.
Команда смогла начать с сенсорного пути, естественным образом присутствующего в бактериях. Первый автор Остин Роттингхаус, аспирант лаборатории Муна, и другие члены лаборатории использовали компьютерное моделирование, чтобы изучить, как мутации повлияют на чувствительность пути. Исследователи смогли разработать сенсорный путь, чувствительный к молекулам, которые их интересовали, и только к этим молекулам.
Датчики были включены в EcN, превратив бактерии в точных охотников. Они смогли различать фенилаланин (Phe) и тирозин (Tyr), две структурно схожие молекулы, связанные с расстройствами (ФКУ) и тирозинемией 2 типа, соответственно.
Команда также разработала датчики для фенилэтиламина (PEA) и тирамина (Tyra) схожей структуры, которые содержатся в пище и в кишечнике.
С этим доказательством концепции лаборатория Муна теперь может работать над созданием исполнительного механизма - белка, который будет действовать на основе информации, собранной датчиком. Например, ФКУ - это генетическое заболевание, из-за которого у детей накапливается слишком много фенилаланина. Полностью сконструированные бактерии могут иметь сенсор для обнаружения аминокислоты и привод, который может разлагать ее, если уровень фенилаланина слишком высок.
Эти виды искусственных организмов могут быть полезны не только в медицинских целях. Их также можно использовать для контроля качества пищевых продуктов или для регулирования путей микробной метаболической инженерии, процессов, используемых для создания многих фармацевтических препаратов, топлива или других химических веществ.
Однако из-за своего опыта Мун лично больше всего интересуется бактериями, которые могут определять уровни нейротрансмиттеров в кишечнике. «Если уровень слишком высок, бактерии вырабатывают фермент, который разлагает целевое химическое вещество. Если он слишком низкий, - сказал он, - бактерии производят фермент, который может синтезировать больше этого вещества».
Около 95 процентов гормона серотонина синтезируется бактериями в кишечнике. По словам Мун, когда этот и другие нейротрансмиттеры выходят из строя, человек может сильно пострадать. Он хочет положить конец этим страданиям.
"Это начало нашего инженерного решения."