Faydalı Bakterileri Koruyan Kaplama
İnsan bağırsağı binlerce bakteri türüne ev sahipliği yapar ve bu bakterilerin bazıları çeşitli gastrointestinal hastalıkları tedavi etme potansiyeline sahiptir. Bazı türler kolon kanseriyle mücadeleye yardımcı olurken, diğerleri C. difficile gibi enfeksiyonların tedavisine veya önlenmesine yardımcı olabilir.
Bu “canlı biyoterapötikleri” geliştirmenin önündeki engellerden biri, yararlı olabilecek türlerin çoğunun oksijenden zarar görmesi ve bunların üretilmesini, depolanmasını ve teslim edilmesini zorlaştırmasıdır.
MIT kimya mühendisleri artık bu bakterileri üretim sürecinde hayatta kalmalarına yardımcı olan bir kaplama ile koruyabileceklerini göstermiştir. Journal of the American Chemical
Society’de yayınlanan bir çalışmada, araştırmacılar, kaplamayı bir E. coli suşu üzerinde ve ayrıca bitki nişastalarının sindirimine yardımcı olabilecek başka türler üzerinde
kullanabileceklerini gösterdiler.
Araştırmacılar kaplamanın diğer birçok türe de uygulanabileceğini söylüyorlar. Raymond ve Helen St. Laurent Kimya Mühendisliği Kariyer Geliştirme Profesörü ve yeni çalışmanın kıdemli yazarı Ariel Furst,
“Bu kaplamanın hemen hemen her türlü mikrobu korumak için kullanılabileceğine inanıyoruz” diyor. “Çeşitli hastalıklara yardımcı olabilecek ve onları imal etmek ve
üretim için koruyabileceğimiz mikroplar olduğunu düşünüyoruz.”
MIT postdoc Gang Fan, çalışmanın baş yazarıdır. Bir MIT lisans öğrencisi olan Pris Wasuwanich ve eski bir MIT Malzeme Araştırma Laboratuvarı Yaz Bursu olan Mariela Rodriguez- Otero da makalenin diğer yazarlarıdır.
Koruyucu Kaplama
İnsan bağırsağında yaşayan mikropların çoğu anaerobiktir ve oksijene karşı değişen derecelerde duyarlılığa sahiptirler. Bazıları biraz oksijeni tolere edebilirken, diğerleri için
oksijen ölümcüldür.
Bu, insan hastalıkları için tedavi olarak potansiyellerini test etmeyi zorlaştırır, çünkü bakterilerin terapötik olarak kullanılmaları için dondurularak kurutulması ve kapsüller halinde formüle edilmesi gerekir.
Bu çalışmada Furst ve meslektaşları, anaerobik bakterileri metal iyonlarından ve polifenol adı verilen organik bileşiklerden yapılmış bir malzeme ile kaplayarak korumayı denemeye
karar verdiler.
Polifenoller ve metal iyonları bir çözeltiye konulduğunda, iki boyutlu, ızgara benzeri bir tabaka oluştururlar. Bu çalışma için araştırmacılar, insan tüketimi için güvenli olan demir ve ABD Gıda ve İlaç İdaresi (FDA) tarafından tümü GRAS (genellikle güvenli olarak kabul edilir) olarak sınıflandırılan üç polifenol kullandılar; gallik asit, tanik asit ve epigallokateşin (EGCG), bunların hepsi çay ve diğer bitkisel ürünlerde bulunur.
Çözeltiye bakteriler de eklendiğinde, malzeme kendi kendine birleşerek tek tek bakteri hücreleri üzerinde bir kaplama oluşturur. Bu kaplama, dondurarak kurutma ve üretim süreci sırasında bakterileri korur.
Araştırmacılar, kaplanmış hücrelerin sağlıklı olduğunu ve büyümeleri geçici olarak engellenmiş olmasına rağmen normal hücresel aktiviteleri gerçekleştirebildiğini gösterdi.
Mide gibi asidik bir ortama maruz kaldığında, kaplama bozulur ve bakterileri serbest bırakır.
Bakteri Yerleştirme Araştırmacıların kaplamayı test etmek için kullandıkları suşlardan biri de Bacteroides thetaiotaomicron. Karbonhidratları sindirmek için özelleşmiş enzimlere sahip olan bu türün, sağlıklı insanların bağırsak mikrobiyomunda daha bol olduğu görülüyor.
Bununla birlikte, oksijene karşı çok hassas olduklarından, bu bakterilerin biyoterapötik
olarak verildiğinde sağlığı nasıl geliştirebileceğini araştırmak zor olmuştur. Bu tip koruyucu kaplamaya sahip bakteriler, ekinleri strese daha dayanıklı hale getirmeye yardımcı olmak gibi tarımsal uygulamalar için de faydalı olabilir.
Kaplama için bir başka olası uygulama, aşı olarak kullanılan mikropları korumak için kullanılmasıdır. Tüberküloza neden olan mikrobun sığır versiyonundan oluşan BCG aşısının üretilmesi zordur ve düşük sıcaklıklarda saklanması gerekir.
Furst, koruyucu bir katmanla kaplamanın soğuk depolama ihtiyacını ortadan kaldırabileceğini ve dağıtımı kolaylaştırabileceğini söylüyor. “Soğuk depolama ve nakliye ihtiyacını ortadan kaldırabilirsek, bunun birçok terapötik maddeyi daha yaygın olarak kullanılabilir hale getireceğini düşünüyoruz” diyor.
Araştırma, MITDeshpande Merkezi, MIT’deki Lisans Araştırma Olanakları Programı ve Ulusal Bilim Vakfı’nın MIT Malzeme Araştırma Laboratuvarı MRSEC Programı tarafından finanse edildi.
Kaynak:
Materials provided by Massachusetts Institute of Technology. Original written by Anne Trafton.
Journal Reference: Gang Fan, Pris Wasuwanich, Mariela R. Rodriguez- Otero, Ariel L. Furst. Protection of Anaerobic Microbes from Processing Stressors Using Metal–Phenolic Networks. Journal of the American Chemical Society, 2021; DOI: 10.1021/jacs.1c09018
Massachusetts Institute of Technology. “A step toward ‘living biotherapeutics’:
Chemical engineers have created a coating for microbes that could make it easier to deploy the organisms to treat gastrointestinal disease.” ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2021/12/211210093032.htm (accessed January 4, 2022).
