Vědci z Washingtonovy univerzity v St Louis dosáhli něčeho, co zní spíše jako science fiction než jako konvenční medicína: přeměnili střevního parazitického červa na malý systém pro doručování léků, který funguje zevnitř lidského těla. Tým pod vedením výzkumnice Makedonky Mitrevy geneticky upravil měchovce, drobného červa žijícího ve střevech, aby vyráběl a uvolňoval léčebný protein uvnitř živého organismu.
Miliony let evoluce ve službách medicíny
Hlístice strávily biologickou věčnost vylaďováním velmi zvláštní strategie přežití: usadit se v nás, aniž by způsobily naši smrt. Tito parazitičtí červi, kteří dnes infikují více než 400 milionů lidí v tropických oblastech se špatnou hygienickou infrastrukturou, si za svůj trvalý domov vybrali střevo. Tam přežívají roky, nenápadně se živí a zároveň vylučují molekuly, které tlumí imunitní obranu hostitele, takže mohou zůstat zcela nepozorováni.
Mírné infekce způsobují jen malé potíže, ale při vysokém zatížení parazity mohou být následky vážné: anémie, opoždění vývoje, porodní komplikace a dokonce i smrtelné následky. Jejich biologie však skrývá vlastnost, která vzbudila zájem Mitrevovy skupiny.
Překvapivě kontrolovatelná biologická platforma
Pokud je člověku podán omezený počet larev, červi migrují do tenkého střeva, kde se usadí na několik let. V těle se nerozmnožují, takže populace parazitů zůstává stabilní. Přitom existuje jednoduché východisko: běžný odčervovací prostředek je zlikviduje za pouhých 24 hodin.
Předchozí výzkumy se již zabývaly možností využití měchovců proti zánětlivým střevním onemocněním, jako je ulcerózní kolitida nebo Crohnova choroba, s využitím toho, že tito parazité produkují látky, které tlumí imunitní reakci a snižují zánět. Nová práce, publikovaná v časopise Nature Communications, však představuje kvalitativní skok kupředu: místo aby se vědci omezili na molekuly, které hlístice přirozeně generují, rozhodli se je přeprogramovat jako biofarmu à la carte.
Háďátko strávilo miliony let zdokonalováním toho, jak dlouhodobě přežívat v lidském hostiteli a jak si brát molekuly ze svého těla a vkládat je do našeho,“ uvedla Mitreva v prohlášení. Položili jsme si otázku: Co by se stalo, kdybychom k asi tisícovce molekul, které už červ vylučuje, přidali ještě jednu, terapeuticky užitečnou? Tato studie ukazuje, že to není jen koncept. Funguje to.
Extrémní testovací prostředí: neutralizace jednoho z nejsmrtelnějších toxinů
K otestování systému si tým zvolil záměrně ambiciózní úkol: přimět modifikovaného červa, aby produkoval protilátku proti tetrodotoxinu, mimořádně silnému neurotoxinu, který se vyskytuje v puchýřnatkách, chobotnicích s modrým prstenem, salamandrech a dalších mořských živočiších. Tato látka působí tak, že blokuje sodíkové kanály neuronů, brány umožňující přenos nervových impulzů, což vede k postupnému ochrnutí, které může zastavit dýchání. Dosud proti ní neexistuje žádný specifický protijed.
Cílem výzkumu, který financovala americká Agentura pro pokročilé obranné výzkumné projekty, známá jako DARPA, bylo prozkoumat možná protiopatření proti chemickým nebo biologickým hrozbám v odlehlých oblastech bez okamžitého přístupu ke zdravotní péči.
Bezprecedentní technická výzva
Překážky byly značné. Do té doby se nikomu nepodařilo zavést do tohoto druhu měchovce stabilní genetické modifikace. Nástroje pro úpravu genů, které se běžně používají u jiných organismů, nebyly jednoduše vybaveny tak, aby mohly fungovat u těchto parazitů. Po letech výzkumu se autorům podařilo nalézt oblast genomu, kam bylo možné vložit nový gen, aniž by se změnily běžné funkce červa, a také zajistit, aby se výsledný protein vylučoval do hostitele, a nikoli aby zůstal uvězněn uvnitř samotného parazita.
Výsledky byly povzbudivé. Když byli modifikovanými měchovci infikováni křečci, byly v krvi hlodavců zjištěny funkční protilátky s částečnou schopností neutralizovat tetrodotoxin. Zvířata v kontrolní skupině, infikovaná normálními červy, nevykazovala žádnou neutralizační schopnost.
Zdaleka ne klinické, ale slibný začátek
Odborníci uznávají, že dosažená účinnost je ještě daleko od toho, co by vyžadovala skutečná klinická léčba. Podstatné však je, že se podařilo prokázat kompletní funkčnost: do červa lze vnést gen, červ vyrobí protein, protein se dostane mimo parazita a zachová si svou léčebnou aktivitu v hostitelském organismu.
Možnosti využití jsou obrovské. Výzkumníci se zaměřují na zánětlivá střevní onemocnění, potravinové alergie nebo jakákoli onemocnění, která vyžadují nízké, ale trvalé hladiny léčiva po delší dobu. Většina současných léčebných postupů vyžaduje každodenní užívání tablet, pravidelné injekce nebo nemocniční infuze. Terapeutický červ by naproti tomu mohl uvolňovat malé dávky léčiva nepřetržitě po dobu několika měsíců nebo dokonce let.
Mitreva popisuje tento koncept jako „konfigurovatelnou biofarmaceutickou platformu“: miniaturní živou továrnu, která je schopna vyrábět různé sloučeniny podle potřeb každého pacienta.