Modifikované bakterie jako léky

Recentní studie ukazují komplexní síť vztahů mezi různými aspekty lidského zdraví a lidskou mikrobiotou. Zdravotní stav lze ovlivnit stavu pomocí ovlivnění složení a početnosti lidských mikrobiálních společenstev. Existuje možnost transplantace celých mikrobiálních společenstev například ve formě transplantace mikrobioty stolice, kdy je léčivým přípravkem homogenizovaná lidská stolice zdravého dárce se všemi přítomnými mikroorganismy a jejich metabolickými produkty. Další možnost je využívání specifických kmenů mikroorganismů, které mají přiznivý vliv na naše zdraví. Takové mikroorganismy se nazývají probiotika. Různé přípravky obsahují buď jednotlivá probiotika nebo jejich směs, případně mohou být součástí směsi i prebiotika jako substrát pro probiotické bakterie. Některé moderní postupy zahrnují analýzu složení mikrobiomu pomocí metod molekulární biologie a následné navržení probiotických směsí speciálně pro potřeby daného pacienta. Současný vědecký pokrok, ale umožňuje jít ještě dále.

Moderní metody umožňují úpravy genomů mikroorganismů, tak aby se daly použít jako živé léky, které se aktivují jen ve specifických podmínkách v přesně definované poškozené oblasti. Mluví se o takzvaných živých bioterapeutických produktech (LBP). Jsou definovány jako živé organismy navržené a vyvinuté pro léčbu nebo prevenci nemocí u lidí. Mezi LBP nejsou řazeny vakcíny obsahující živé oslabené mikroorganismy ani běžná probiotika, ale geneticky modifikovaná probiotika, lze v některých případech za LBP považovat.

Legislativa Spojených států amerických definuje podmínky pro vývoj LBP, ale zatím žádný z těchto přípravků schválen nebyl. Legislativa Evropské Unie zatím pravidla nezahrnuje a zatím vyšly pouze doporučení. LBP musí mít například stabilní genomy, které nemutují a neměly by být schopné se dlouhodobě udržet ve zdravých pacientech a šířit se mimo definovaný cíl. LBP by neměly být ani schopné předávat si geny s ostatními bakteriemi formou horizontálního genového transferu, což je jedna z metod jak se mezi bakteriemi šíří například rezistence vůči antibiotikům. Další důležitou součástí vývoje LBP je, aby krom požadovaného efektu i uvolňovaly nějaký měřitelný marker probíhající úspěšné terapie. Ideálně by mělo jít o látku přímo spojenou s vlastní terapií. LBP, upravená E. coli, vyvinuté pro lidi trpící fenylketonurií například rozkládá fenylalanin na složky, které se dají monitorovat v moči.

Živé bioterapeutické produkty ve střevech

Nejlépe prostudovaná část lidské mikrobioty se nachází ve střevech a není tedy překvapivé, že první LBP jsou vyvíjeny pro perorální podání a fungování ve střevech. Vhodnými kandidáty pro vývoj LBP jsou dobře fungující a zdravotně nezávadné probiotické kmeny bakterií. Příkladem může být jeden z kmenů bakterie E. coli Nissle 1917 (EcN), jde o probiotikum které se používá už více jak sto let. EcN bylo použito úspěšně při léčbě dráždivého tračníku. Tento probiotický kmen inhibuje růst některých patogenů, stimuluje protizánětlivé funkce na sliznici střeva a pomáhá udržovat správnou funkci střevní slizniční bariéry. U zdravých lidí navíc nevykazuje dlouhodobou kolonizaci. Další výhodou tohoto probiotika je, že u E. coli je velmi dobře popsán genom a funkce jednotlivých genů.

Několik vědeckých týmů upravilo a úspěšně otestovalo kmen EcN u myší. Modifikovaný EcN může mít například zesílené antimikrobiální působení proti patogenům jako je Pseudomonas aeruginoza nebo Salmonella typhimurium. Takto upravená probiotika mohou částečně nahradit antibiotika s tím rozdílem, že na rozdíl od antibiotik mohou působit pouze proti konkrétním patogenům.

Další výzkum se zaměřoval například na civilizační choroby. Jedna úprava byla zaměřena na redukci symptomů spojených s dietou s vysokým obsahem tuků. U myší kleslo ukládání tuků a rezistence inzulinu. Další úprava obohatila EcN o schopnost převádět cukr fruktózu na probiotikum manitol, které má ochranný účinek proti metabolickému syndromu.

Další testy se provádí s kmeny z rodů Lactobacillus, Lactococcus, Clostridium nebo Bacteroides.

Živé bioterapeutické produkty a pevné nádory

Větší pevná nádory mají obvykle atypické zásobení krví, kdy ve středu nádoru může být nekrotická část a část s nižším obsahem kyslíku. Idea, že nádory by mohly být ničeny zevnitř pomocí mikroorganismů, není nová. Nové technologie, ale umožňují její zdokonalení.

V nádorech se mohou vyskytovat bakterie z rodů Bifidobacterium, Clostridium, Salmonella, Escherichia, okraj nekrotické části nádoru může kolonizovat E. coli. Vědci vyvinuly varianty výše zmiňovaného kmene EcN, které produkují ve velkém množsví proteinu, který vyvolává buněčnou smrt nádorových buněk. Další tým přidal kmenu EcN schopnost produkovat různé cytotoxické látky, které inhibují růst nádorů v myších modelech. Jeden z kmenů rodu Bifidobacterium byl upraven tak, aby v nádorech uvolňoval látky, které aktivují lidské imunitní T buňky, které pak začnou pronikat do nádoru a ničit rakovinové buňky.

Je možné, že syntetické bakterie s upraveným genomem se stanou inteligentními léky budoucnosti, které budou působit jen přímo na postiženém místě a jen po nezbytnou dobu.

Seznam aktuálně vyvíjených bakteriálních terapeutik. Kromě přípravků v tabulce, existuje i řada dalších, které jsou ale zatím jen ve výzkumné fázi.

Název modifikovaného kmene Použitý bakteriální druh nebo kmen Léčebné použití
AGO13 Lactococcus lactis Otrální mukositida (infekce sliznice úst)
AGO14 Lactococcus lactis Zanícení střev u primární imunodeficience
AGO19 Lactococcus lactis Cukrovka 1. typu
ADXS-HOT Lysteria monocytogenes Nemalobuněčný karcinom plic
ADXS-HPV Lysteria monocytogenes Rakoviny spojené s infekci HPV
ADXS-PA Lysteria monocytogenes Metastázující rakovina prostaty
APS001F Bifidobacterium longum Pevné tumory
AZT-04 Staphylococcus epidermidis Vyrážky spojené s léčbou rakoviny
bacTRL-IL-12 Bifidobacterium longum Pevné tumory
SANB1020 E. coli Nissle 1917 Hyperamonémie
SYNB1618 E. coli Nissle 1917 Fenylketonurie
SYNB1891 E. coli Nissle 1917 Pevné tumory
VXM01 Salmonella Typhi Ty21a Progresivní glioblastoma

 

 

Charbonneau MR, Isabella VM, Li N et al. Developing a new class of engineered live bacterial therapeutics to treat human diseases. Nat Commun 11, 1738 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15508-1

 

<< Ostatní aktuality