Инженерно създадени бактерии детоксикират живака в рибата

Инженерното създаване на симбиотична бактерия с гени, устойчиви на живак, може да намали количествата вредния метилживак, получен от храната с риба при бременни мишки.

От изгарянето на въглища до добива на злато, човешките дейности водят до широко разпространено замърсяване на въздуха с живак. Този живак в крайна сметка се отлага във водата, където се превръща в токсичен метилживак (MeHg). MeHg се натрупва по хранителната верига, излагайки на риск от живачно отравяне и вродени дефекти, особено неврологични разстройства, върховните хищници като червената риба тон и хората, които ги консумират.

Настоящите терапии за токсичност от MeHg разчитат на неспецифично хелатиране - химичен процес, свързващ на метални йони, така че те да могат да се отстранят от организма - са ефективни в остри случаи. Обаче, има нужда от по-целенасочени третирания при хронично излагане. В отговор на това, изследователи започват да проучват естествени и модифицирани бактерии като обещаващи инструменти за детоксикация от живак.

Сред тях е Елейн Хсао (Elaine Hsiao), биолог от Университета на Калифорния, Лос Анджелис, която проучва как майчиният микробиом влияе върху развитието на мозъка на плода. Тя си сътрудничи с колеги от Калифорнийския университет в Сан Диего, които са специалисти по въздействието на MeHg и неговото натрупване в рибата.

Заедно те са създали симбиотичен чревен микроорганизъм, способен да детоксикира MeHg. Резултатите от изследването им, публикувани в Cell Host & Microbe, показват, че създадената бактерия може да намали натрупването на MeHg в бременни мишки и техните плодове. Въз основа на тази работа екипът предвижда разработването на пробиотик, който да помогне за намаляване на рисковете за здравето, свързани с живака, при диета, богата на риба.

Гените за резистентност към живак (mer) до голяма степен липсват в микробите, присъстващи в чревната микробиота на човека и мишките. Поради това изследователите се обръщат към генните последователности merA и merB от резистентен към живак щам на Pseudomonas aeruginosa. Тези гени деметилират и редуцират MeHg. Този процес генерира по-малко вредни съединения като неорганичен живак, който се абсорбира по-трудно и се изхвърля по-лесно от организма. Те интегрират и двете последователности в Bacteroides thetaiotaomicron, широко разпространена симбиотична чревна бактерия, която се е доказала като безопасна пробиотична бактерия.

За да тестват този модифициран щам, наречен BtmerA/B, изследователите отглеждат бактерията в среда, допълнена с чист MeHg или с форма на MeHg, извлечена от червена риба тон. И в двата случая BtmerA/B проявява деметилираща активност спрямо MeHg, докато щамовете, които не притежават гените, не могат да редуцират MeHg.

След това изследователите са колонизирали безмикробни мишки с див тип B. thetaiotaomicron или BtmerA/B, последвано от висока орална доза чист MeHg, тъй като оралното поглъщане е основният начин на експозиция. Мишките с модифицираната бактерия са разградили MeHg само в червата, измерено чрез фекално съдържание; въпреки това, изследователите все още са наблюдавали MeHg в други тъкани, като черния дроб или мозъка.

"Мислехме, че ги претоварваме с твърде много метилживак, защото той все пак успява да проникне в кръвообращението", обяснява Хсао. Вместо това изследователите решават да проучат ефектите му чрез хроничен прием с храната. Наистина, мишките, колонизирани с модифицирания микроб и хранени с храна с високо съдържание на червена риба тон, имат много по-ниски нива на MeHg от очакваното в дебелото черво и мозъка. Изследователите са наблюдавали подобни ефекти и когато са давали бактерията като пробиотик на мишки с нормални микробиоми.

След това изследователите са проучили дали този модел се наблюдава и при бременни мишки.

"Това е най-уязвимата популация към метилживак", коментира Хсао.

Екипът проучва ефектите от експозицията на токсини при диети, богати на MeHg (риба тон), с умерено съдържание на MeHg (сьомга) и без MeHg по време на бременността. Те отбелязват, че мишките с BtmerA/B успешно намаляват нивата на MeHg както в майчините, така и в феталните тъкани, а мишките показват по-слаби признаци на токсичност от живак в мозъка на плода.

Освен това, когато изследователите профилират транскриптомите на мозъка на плода на мишките, те виждат, че BtmerA/B предотвратява някои от негативните последици, свързани с MeHg, като промени в генната експресия, свързани с невроразвитиени аномалии.

"За нас това е хубаво доказателство, че пробиотик, даван по време на бременност, може да бъде възможен тип интервенция дори за ограничаване на експозицията на плода", отбелязва Хсао.

Справка:

1. Yu KB, et al. An engineered gut bacterium protects against dietary methylmercury exposure in pregnant mice. Cell Host Microbe. 2025;33(5):621-631.e7.
2. Lai Y, et al. Engineering the human gut commensal Bacteroides thetaiotaomicron with synthetic biology. Curr Opin Chem Biol. 2022;70:102178.

Източник: Engineered Bacteria Detox Mercury from a Fish-Rich Diet, Laura Tran, The Scientist

Още по темата

28/05/2021

Земята

Ледената покривка на Гренландия отделя огромни количества живак в реките

22/10/2018

Земята

Загадката на високите нива живак в арктическите животни е разрешена

03/04/2017

Медицина

Нова "супер гъба" изсмуква живака от водата за 5 секунди (видео)

11/10/2015

Медицина

Бактериалните гени, които превръщат живака в смъртоносен, са открити по целия свят