في دراسة نُشرت حديثاً، كشف باحثون في معهد MIT النقاب عن سلسلة من أجهزة الاستشعار ومفاتيح الذاكرة والدارات التي يمكن أن يتم ترميزها في البكتريا المعوية للإنسان والمعروفة باسم Bacteroides thetaiotaomicron. إذ أنَّ عناصر البرمجة الأساسية هذه تسمح للبكتريا باستشعار الإشارات في الأمعاء وحفظها والاستجابة لها، بالإضافة إلى وجود تطبيقات مستقبلية قد تشمل الكشف المبكر عن كلٍ من داء الأمعاء الالتهابي وسرطان القولون وعلاجهما.

وقد قام الباحثون سابقاً بإنشاء دارات وراثية داخل بعض الكائنات النموذجية كالإشريكية القولونية E.coli. ، ومع ذلك فإنَّ مثل هذه السلالات تتواجد بمستويات منخفضة داخل أمعاء الإنسان، بحسب ما قال البروفيسور Timothy Lu الذي قاد فريق البحث إلى جانب البروفسور Christopher Voigt في معهد MIT.
يقول Lu: "أردنا العمل على سلالات مثل B. thetaiotaomicron الموجودة عند الكثير من الناس بمستويات وفيرة، والتي تستطيع استيطان الأمعاء بشكل مستقر لفترات طويلة من الزمن".
لقد طوّر الفريق سلسلة من الأجزاء الوراثية التي يمكن استخدامها لبرمجة التعبير الوراثي بدقة داخل البكتريا، وباستخدام هذه الأجزاء قاموا بإنشاء 4 أجهزة استشعار (حسّاسات) يمكن أن ترمّز في الحمض النووي DNA للبكتريا، والتي تستجيب للإشارة لتفعيل المورثات وتعطيلها داخل B. thetaiotaomicron.

- الذاكرة "البكتيرية":
تحتاج البكتريا للإحساس بتأثير مسببات الأمراض في الأمعاء - بما في ذلك علامات النزف والالتهاب- وتحتاج أيضاً الى اكتساب القدرة على تمييز هذه الأعراض، وبالتالي فهي تحتاج إلى تذكر هذه المعلومات والإبلاغ عنها في الخارج، ولتتمكن من عمل ذلك، قام الباحثون بتزويد B. thetaiotaomicron بشكل من أشكال الذاكرة الوراثية، حيث استخدموا نوعاً من البروتينات التي تعرف باسم recombinates، التي يمكن أن تسجل المعلومات في DNA البكتريا عن طريق تمييز عناوين محددة في ال DNA وعكس اتجاهها.
كما نفذ الباحثون تقنية تعرف باسم CRISPR interference التي يمكن أن تستخدم للتحكم بتفعيل وتعطيل المورثات في البكتريا، حيث استفادوا من هذه التقنية لتعديل قدرة B. thetaiotaomicron على استهلاك مواد غذائية معينة من جهة، ولمقاومة جزيء المضاد الميكروبي من جهة أخرى.

وقد أثبت الباحثون أنَّ مجموعة الأدوات الوراثية التي يستخدمونها قد نجحت في وظيفتها داخل بكتريا B. thetaiotaomicron المستوطنة في أمعاء الفئران، فعند إطعام الفئران غذاءً يحتوي على المكونات الصحيحة، أظهرت البكتريا قدرتها على تذكر ما أكلته هذه الفئران.

- إذاً ما هي الخطوة التالية؟
نشر الأدوات وتوسيع مجالات تطبيقها:
يعتزم الباحثون الآن نشر تطبيق أدواتهم على أنواع مختلفة من البكتريوئيدات Bacteroides. وذلك لأنَّ بنية الميكروبات في الأمعاء تختلف من شخص إلى آخر، هذا يعني أنَّ أنواعاً معينة من البكتريا قد تكون سائدة عند أحد المرضى، ولكنها ليست كذلك عند المرضى الآخرين.
يقول Lu: "نحن نهدف إلى توسيع أدواتنا الوراثية لتشمل مجموعة واسعة من البكتريا التي تعد كائنات متعايشة مهمة في أمعاء الإنسان، ونأمل أن نستطيع الاستفادة من استخدام الميكروبات لاستشعار الأمراض والاستجابة لها في مناطق أخرى من الجسم".

بالإضافة إلى ذلك، يمكن بناء دارات برمجة وراثية أكثر تطوراً بناءً على هذه الأدوات الوراثية في البكتريوئيدات لتعزيز أدائها في التشخيص والعلاج.
يقول Lu: "على سبيل المثال، نريد الحصول على حساسية عالية ونوعية عند تشخيص المرض باستخدام بكتريا معدلة، ولتحقيق ذلك، يمكن أن نبرمج البكتريا للكشف عن المؤشرات الحيوية المتعددة، وإثارة رد فعل فقط عند تواجد هذه المؤشرات معاً".

المصدر: هنا
الدراسة الأصلية: هنا