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I batteri biotecnologici potrebbero aiutare i diabetici
I microbi intestinali amichevoli che sono stati progettati per produrre una proteina specifica possono aiutare a regolare la glicemia nei topi diabetici, secondo una ricerca preliminare presentata la scorsa settimana al Società Chimica Americana conferenza a Washington, D.C. Mentre la ricerca è ancora nelle primissime fasi, i microbi, che potrebbero essere coltivati nello yogurt, potrebbero un giorno fornire un trattamento alternativo per le persone con diabete.
Batteri commestibili di ingegneria: I ricercatori hanno ingegnerizzato batteri amici (punti nella metà inferiore dell'immagine) per produrre una proteina che attiva le cellule epiteliali intestinali (in alto, evidenziate in blu) per produrre insulina.
La ricerca rappresenta una nuova visione dei probiotici: integratori secolari composti da batteri non nocivi, come quelli che si trovano nello yogurt, che vengono ingeriti per promuovere la salute. Grazie a una crescente comprensione di questi microbi, una manciata di scienziati sta tentando di ingegnerizzarli per alleviare disturbi specifici. Il concetto di utilizzare i batteri per aiutare a eseguire (o correggere) i disturbi umani è estremamente creativo e interessante, ha scritto Kelvin Lee , un ingegnere chimico dell'Università del Delaware, nel Maryland, in una e-mail. Anche se non porta direttamente a una soluzione alla questione del diabete, apre nuove strade di pensiero in senso più generale, afferma Lee, che non è stato coinvolto nella ricerca.
Le persone con diabete di tipo 1 non hanno la capacità di produrre insulina, un ormone che stimola le cellule muscolari e del fegato ad assorbire il glucosio e ad immagazzinarlo per produrre energia. Giovanni marzo , un ingegnere biochimico della Cornell University, a Ithaca, NY, e i suoi collaboratori hanno deciso di ricreare questo circuito essenziale utilizzando il sistema di segnalazione esistente tra le cellule epiteliali che rivestono l'intestino e i milioni di batteri sani che normalmente risiedono nell'intestino. Queste cellule epiteliali assorbono i nutrienti dal cibo, proteggono i tessuti dai batteri nocivi e ascoltano i segnali molecolari dei batteri utili. Se si stanno già segnalando l'un l'altro, perché non segnalare qualcosa che vogliamo? chiede marzo.
I ricercatori hanno creato un ceppo di non patogeno E. coli batteri che producono una proteina chiamata GLP-1. Nelle persone sane, questa proteina stimola le cellule del pancreas a produrre insulina. L'anno scorso, March e i suoi collaboratori hanno dimostrato che le cellule batteriche ingegnerizzate che secernono la proteina potrebbero attivare le cellule intestinali umane in un piatto per produrre insulina in risposta al glucosio. (Non è ancora chiaro perché la proteina abbia questo effetto.)
Nella nuova ricerca, i ricercatori hanno somministrato i batteri a topi diabetici. Dopo 80 giorni, i topi sono passati dall'essere diabetici ad avere livelli normali di glucosio nel sangue, dice March. I topi diabetici che non erano stati nutriti con i batteri ingegnerizzati avevano ancora alti livelli di zucchero nel sangue. La promessa, in breve, è che un diabetico potrebbe mangiare yogurt o bere un frullato come terapia insulinica sensibile al glucosio piuttosto che fare affidamento su iniezioni di insulina, afferma Kristala Jones Prather, un ingegnere biochimico del MIT, che non è stato coinvolto nella ricerca.
La creazione di batteri che producono la proteina ha una serie di vantaggi rispetto all'utilizzo della proteina stessa come trattamento. I batteri possono secernere la giusta quantità di proteine in risposta alle condizioni dell'ospite, afferma March. Ciò potrebbe in definitiva ridurre al minimo la necessità di automonitoraggio e consentire alle cellule del paziente (o alle cellule del commensale E. coli ) per fornire la quantità appropriata di insulina quando necessario, afferma Cynthia Collins , un bioingegnere del Rensselaer Polytechnic Institute, a Troy, NY, che non è stato coinvolto nella ricerca.
Inoltre, produrre la proteina dove è necessaria supera alcuni dei problemi con i farmaci a base di proteine, che possono essere costosi da produrre e spesso si degradano durante la digestione. Purificare le proteine e poi superare l'intestino è molto costoso, afferma March. I probiotici sono economici, meno di un dollaro per dose. In ambienti svantaggiati, potrebbero essere coltivati nello yogurt e distribuiti intorno a un villaggio.
I ricercatori non hanno ancora studiato l'intestino degli animali, quindi non sanno esattamente come o dove i topi diabetici producono insulina. Inoltre, non è ancora chiaro se il trattamento, che presumibilmente sta inducendo le cellule intestinali a produrre insulina, abbia effetti dannosi, come una sovrapproduzione dell'ormone o forse un'inibizione della normale funzione delle cellule epiteliali. I topi sembrano avere livelli normali di glucosio nel sangue a questo punto e il loro peso è normale, dice March. Se smettessero di mangiare, saremmo preoccupati.
I microbi di March sono uno dei numerosi nuovi ceppi sviluppati per curare le malattie, compresi i batteri progettati per combattere le carie, produrre vitamine e trattare l'intolleranza al lattosio. Anche il gruppo di March sta progettando un ceppo di E. coli progettato per prevenire il colera. La prevenzione del colera deve essere qualcosa di economico, facile e facilmente trasmesso da villaggio a villaggio, quindi perché non usare qualcosa che può essere mescolato con il cibo e coltivato gratuitamente? dice marzo.
Tuttavia, il lavoro è ancora nelle sue fasi iniziali; è probabile che l'uso di organismi viventi come terapie presenti sfide uniche. Sono necessarie ulteriori ricerche per determinare per quanto tempo questi batteri possono persistere nell'intestino, nonché se l'alterazione della flora intestinale abbia effetti dannosi, afferma Prather del MIT.
Inoltre, ricerche recenti mostrano che persone diverse hanno diversi tipi di colonie di batteri intestinali e non è chiaro come queste variazioni possano influenzare i trattamenti batterici. Questo può essere particolarmente difficile quando si tratta di determinare la dose appropriata del microbo terapeutico, afferma Collins di Rensselaer. La dimensione della popolazione di batteri terapeutici e per quanto tempo persiste dipenderà probabilmente dai microbi nell'intestino di un individuo.