Điều khiển vi khuẩn chống lại bệnh tật
Vậy, cách nào các nhà khoa học có thể làm được điều này? Những nhà nghiên cứu vừa công bố hàng loạt cảm biến, thiết bị chuyển mạch bộ nhớ và các mạch, chúng giúp mã hóa các vi khuẩn đường ruột phổ biến trong cơ thể. Những thuật toán cơ bản cho phép vi khuẩn cảm nhận, ghi nhớ, đáp ứng các tín hiệu trong ruột.
Vi khuẩn có ích sống bên trong hệ tiêu hóa của chúng ta, thường thay đổi hằng ngày, nhờ đó cho phép các nhà khoa học lập trình để giám sát và cuối cùng chữa trị các loại bệnh, trong đó có cả rối loạn hệ miễn dịch.
Các nhà nghiên cứu trước đây cũng đã xây dựng các mạch di truyền bên trong mẫu khuẩn E. coli. Tuy nhiên, chủng loại này được tìm thấy ở mức rất thấp trong ruột của con người - theo Timothy Lu, giáo sư về Kỹ thuật sinh học, điện và khoa học máy tính, người đứng đầu cuộc nghiên cứu cùng với Christopher Voigt, giáo sư Kỹ thuật sinh học tại MIT.
"Chúng tôi muốn nghiên cứu các chủng như B. thetaiotaomicron, chúng hiện diện trong ruột con người với mức độ dồi dào, ổn định" - Lu nói. Nhóm nghiên cứu đã phát triển các bộ phận di truyền có thể được sử dụng để lập trình mô tả gene vi khuẩn một cách chính xác. “Các nhà khoa học cũng có thể sử dụng các phụ gia như đường, cho vi khuẩn ăn, sau đó điều khiển chúng” - giáo sư Voigt nhấn mạnh.
Các vi khuẩn khi được lập trình, sẽ ghi nhớ thông tin và thông báo ra ngoài những cảm nhận về bệnh lý ở trong ruột, bao gồm các tín hiệu về chảy máu và viêm sưng. Để kích hoạt chúng làm điều trên, các nhà nghiên cứu trang bị cho B. thetaiotaomicron một thể thức trí nhớ di truyền. Các nhà khoa học cũng đã sử dụng một loại protein được gọi là recombinases, có thể ghi thông tin vào ADN của vi khuẩn bằng cách nhận ra địa chỉ cụ thể của ADN và đảo ngược hướng của chúng.
| Chúng ta có thể điều khiển vi khuẩn để ngăn ngừa bệnh tật. |
Các nhà nghiên cứu cũng đã thực hiện một công nghệ gọi là can thiệp CRISPR, có thể được dùng để kiểm soát gene nào mở, đóng trong vi khuẩn. Sử dụng công nghệ trên cho phép các nhà khoa học điều chỉnh khả năng của B. thetaiotaomicron nhằm tiêu thụ một chất dinh dưỡng cụ thể và ngăn ngừa bị giết bởi một kháng thể. Các nhà khoa học đã chứng minh rằng, việc thiết lập các công cụ di truyền và chuyển mạch của họ để đưa vào trong B. thetaiotaomicron sau đó cấy vào ruột của những con chuột, thấy rằng, khi những con chuột được cho ăn đúng thức ăn, vi khuẩn có thể nhớ những gì chuột đã ăn.
Các nhà nghiên cứu hiện có kế hoạch mở rộng việc ứng dụng của họ với các loài vi khuẩn khác nhau. Vi khuẩn trong ruột vốn thay đổi ở mỗi người, điều này có nghĩa là, có loài chiếm ưu thế ở người này nhưng lại không có ở người khác. "Chúng tôi mong muốn mở rộng công cụ di truyền đến một loạt các vi khuẩn, chúng là sinh vật quan trọng trong ruột người" - giáo sư Lu nói. Khái niệm sử dụng vi khuẩn để cảm nhận và phản ứng với các dấu hiệu của bệnh cũng có thể được sử dụng ở những bộ phận khác trong cơ thể - nhà khoa học cho biết thêm. Ngoài ra, các mạch điện toán di truyền tiên tiến có thể được tạo ra dựa trên bộ công cụ di truyền ở nhóm vi khuẩn để nâng cao hiệu suất trong chẩn đoán và điều trị bệnh. Ví dụ, khi chúng ta muốn có độ nhạy và độ đặc hiệu cao khi chẩn đoán bệnh bằng vi khuẩn. Để đạt được điều này, các nhà khoa học có thể tạo ra vi khuẩn nhằm phát hiện nhiều chỉ dấu sinh học, và chỉ kích hoạt phản ứng khi tất cả chúng hiện diện" - giáo sư Lu cho biết.