Gli esseri umani possono trarre notevoli benefici dalle relazioni simbiotiche con i probiotici, batteri vivi e microrganismi che influenzano il microbiota intestinale. Se consumati in quantità adeguate, i probiotici possono promuovere la salute dell’intestino, supportare il sistema immunitario e migliorare il metabolismo.
I probiotici, ampiamente considerati un tesoro nel campo della microbiologia, stanno attualmente trovando nuove applicazioni in medicina, nella cura degli animali e nell’industria alimentare. Tuttavia, è spesso difficile utilizzare i probiotici nella loro forma esistente, a causa degli effetti variabili dei diversi ceppi sulla salute dei diversi individui. Di conseguenza, è anche difficile trovare prove concrete a sostegno dei benefici proposti dai probiotici.
Fortunatamente, queste sfide possono essere affrontate grazie agli enormi progressi a cui abbiamo assistito nel campo dell’ingegneria genetica negli ultimi dieci anni, soprattutto dopo l’introduzione dell’immensamente popolare sistema di editing CRISPR-Cas. Modificando, cancellando o introducendo geni specifici con questi strumenti, possiamo adattare le attività degli organismi probiotici alle nostre esigenze di salute.
Per supportare i ricercatori interessati a superare i limiti del campo, il Professor Nan Peng dell’Università di Agraria di Huazhong, Cina, insieme ai suoi colleghi, ha recentemente pubblicato un articolo di revisione nel volume 5 di BioDesign Research.
Osserva il Prof. Peng: “In quanto importanti strumenti di editing genomico, i sistemi CRISPR-Cas hanno aperto la finestra a nuovi miglioramenti nell’editing genomico dedicato ai probiotici grazie alla loro elevata efficienza, flessibilità e specificità riassumendo gli ultimi progressi e gli ostacoli relativi all’ingegnerizzazione dei probiotici con CRISPR-Cas“.
La revisione inizia con una panoramica concisa dei sistemi CRISPR-Cas scoperti nei microrganismi. Nelle loro forme naturali, i sistemi CRISPR-Cas sono strumenti di difesa dei batteri contro virus/fagi. Quando un batterio sopravvive a un attacco virale, immagazzina parte del DNA virale sotto forma di sequenze CRISPR. Se lo stesso virus ricompare, il batterio produce ‘RNA guida’, molecole basate sulle sequenze CRISPR archiviate come memorie. Queste molecole guidano le proteine Cas, che agiscono come forbici molecolari, per tagliare e neutralizzare il DNA virale bersaglio. Nel corso del tempo, gli scienziati hanno trovato metodi per sfruttare questi meccanismi molecolari come strumenti per un editing genetico preciso.
Nelle sezioni successive, il team di ricerca ha riepilogato i principali sistemi CRISPR-Cas utilizzati per modificare i geni in diversi tipi di organismi probiotici. Questi includono batteri lattici, lieviti, bacillus e altri. Successivamente, hanno evidenziato i recenti sviluppi sulle applicazioni terapeutiche dei probiotici geneticamente modificati attraverso i sistemi basati su CRISPR.
“L’assunzione di probiotici si è gradualmente dimostrata una strategia efficace per prevenire o mitigare le malattie negli esseri umani. Tra i vari probiotici valutati, i ceppi probiotici geneticamente modificati possono avere proprietà più forti o nuove e mostrare un maggiore valore di ricerca e applicazione,” afferma il Prof. Peng. Alcuni esempi includono l’uso di Escherichia coli (E. coli) per eliminare i batteri resistenti agli antibiotici nell’intestino e proteggerlo dai dannosi E. coli, l’uso del lievito per trattare le malattie infiammatorie intestinali e l’uso del Bacillus subtilis per regolare il metabolismo e aiutare a prevenire l’obesità.
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Infine, l’articolo presenta le questioni irrisolte relative alla modifica genetica dei probiotici basata su CRISPR e gli ostacoli alla loro applicazione clinica, insieme alle potenziali strategie per affrontarli. Alcune di queste strategie includono lo sviluppo di strumenti CRISPR per ridurre gli errori durante il taglio e l’inserimento del gene, l’ottimizzazione del sistema di editing, l’utilizzo di proteine Cas9 alternative (come Dead-Cas9) e la garanzia della stabilità dei ceppi ingegnerizzati. “Indubbiamente, l’uso di probiotici ingegnerizzati per promuovere lo sviluppo delle industrie della salute animale e umana dovrà affrontare grandi opportunità e sfide in futuro,” conclude il Prof. Peng, ottimista su ciò che potrebbe esserci all’orizzonte in questo campo entusiasmante e fiorente.
Immagine Credit Public Domai-
Fonte:BioDesign Research
