211service.com
Företag satsar på designerbakterier som ett nytt sätt att behandla sjukdomar
Någon gång nästa år kan volontärer i USA börja svälja kapslar fyllda med genetiskt modifierade E coli .
De experimentella pillren, designade av Synlogic , ett företag inom syntetisk biologi i Cambridge, Massachusetts, innehåller bakterier utformade för att behandla en sällsynt metabol sjukdom genom att känna igen när de når en persons mage och sedan suga upp stora mängder ammoniak.
Behandlingen, planerad till sitt första kliniska test under 2017, är ett tidigt exempel på vad företagets grundare kallar syntetisk biotika – eller tarmbakterier utrustade med genetiska program som låter dem känna av något som händer i kroppen och sedan vidta en åtgärd, som t.ex. leverera ett läkemedel eller frigöra en färgad kemikalie användbar i ett diagnostiskt test.
Tanken på att svälja genetiskt modifierade bakterier kan verka udda. Men specialbyggda bakterier kan vara ett nytt sätt att ta över fysiologiska funktioner som människors egna kroppar inte kan utföra om de är sjuka, och ett substitut för piller eller injektioner.
Modifiera bakterier till droger
Ernest Pharmaceuticals, Amherst, Massachusetts
Konstruerad salmonella för att behandla cancer
GenCirq, San Diego
Cancerdödande bakterier
Synlogic, Cambridge, Massachusetts
E coli piller för olika sjukdomar
Trayer Biotherapeutics, Rockville, Maryland
Yoghurtbakterier för att behandla fenylketonuri
ActoGenix/Intrexon, Gent, Belgien
Testar GM-bakteriepiller i Europa
De smarta bakterierna kan vara den första medicinska användningen av en form av syntetisk biologi som populariserats av Synlogics medgrundare och MIT-professor James Collins från och med 2000. Det året konstruerade Collins, utifrån elektroniken, vad som i huvudsak är en vippströmbrytare i E coli —en krets som involverar två gener som kan flip-flop mellan tillstånd. Det var en snygg demonstration, och strax efter meddelade Princeton-forskare att de hade gjort en fluorescerande bakterie som kunde blinka av och på.
Tanken var att programmera celler för att utföra alla möjliga nya och användbara funktioner. Det visade sig oemotståndligt – det har funnits otaliga expertpaneler, en TED Talk , och en internationell studenttävling .
Men Synlogics plan för ett genetiskt modifierat piller är en av de första konkreta medicinska tillämpningarna av sådana idéer. Det innebär att radera och lägga till flera gener till en ofarlig stam av E coli , tarmbakterien, så att den utvecklar en outsläcklig aptit på ammoniak, bildad av det kväve vi får från att äta protein.
Normalt förvandlas extra kväve till urea och vi kissar bara bort det. Men vissa människor kan inte bearbeta det snabbt nog. De slutar istället med ammoniaknivåer som kan vara tillräckligt giftiga för att döda nyfödda och hos barn och vuxna kan orsaka delirium och argt beteende. Synlogics E coli skulle ta ammoniak och förvandla det till arginin, en ofarlig aminosyra.
En person skulle förmodligen svälja en kapsel en gång om dagen som innehåller cirka 100 miljarder bakterier, säger J.C. Gutierrez, företagets VD. Företaget har hittills samlat in 70 miljoner dollar, inklusive från Atlas Venture, investeringsföretaget som också samlade startupens grundarteam.
Det är inte bara sällsynta sjukdomar som riktas mot omdesignade bakterier. Startups som Ernest Pharmaceuticals , som nyligen bildades av professorn Neil Forbes vid University of Massachusetts, planerar att bekämpa cancer genom att använda salmonella, en bakterie som är mest känd för att orsaka matförgiftning som också har en vana att samlas i tumörer.
Forbes tror att bakterierna kan programmeras att känna igen att de är i en tumör och släpper ut anti-cancerläkemedel som är för giftiga för att ges som en injektion.
Tidigare har ett europeiskt företag, ActoGenix, testat piller som innehåller genetiskt modifierade bakterier, men inget GM-bakteriepiller har ännu sålts, och idén är fortfarande ny nog att det inte finns någon överenskommelse om vad man ska kalla sådana läkemedel. U.S. Food and Drug Administration har utsett dem som levande bioterapeutiska produkter.
För närvarande väntar så många som åtta till tio genetiskt modifierade insekter på grönt ljus från FDA för tidig testning i USA, uppskattar Yamil Hernandez, medgrundare av Trayer Biotherapeutics, en startup i Maryland som har för avsikt att konstruera en yoghurtbakterie, laktobacillus, att konsumera fenylalanin, en ingrediens i mjölk, nötter och Coke Zero och andra dietläsk som vissa människor inte kan smälta. Hernandez säger att en grodd som är utformad för att metabolisera den kan ströas som ett pulver på mat.
Det är som hungrig, hungrig flodhäst, bara med en väldigt stark preferens för fenylalanin, säger han.
Att använda bakterier som behandling är inte nytt för medicin. Vaccinet mot tuberkulos görs med försvagade bakterier. Och den amerikanska probiotikamarknaden – de där pillren och yoghurten i hälsokostbutiker som innehåller friska tarmbakterier – är värd 3,5 miljarder dollar.
Men ingen är helt säker på hur man reglerar ett GM-piller vars innehåll är både levande och sannolikt kommer att hamna i toalettskålar. Gutierrez säger att i vissa fall, beroende på hur bakterien modifieras, kan U.S. Environmental Protection Agency behöva anmäla sig förutom FDA.
En risk är att bakterier kan byta DNA med varandra, vilket innebär att företags genetiska förändringar kan hamna i en helt annan organism. I praktiken säger forskare att organismer med konstruerade genom har liten chans mot sina vilda bakteriers syskon. Bakterierna dör vanligtvis och deras genetiska last utrotas.
Synlogic säger att dess bakterier har några ytterligare funktioner inprogrammerade i genomet som gör dem säkrare. Gutierrez säger att programmet för att äta ammoniak kommer att aktiveras endast i en miljö med låg syrehalt som den mänskliga tarmen. Det är också beroende av ett näringsämne, tymidin, som inte finns i höga nivåer i matsmältningskanalen. Han säger att på grund av detta delar sig bakterierna bara en gång innan de dör.