経口投与による腸内細菌のin situリプログラミング

In situ reprogramming of gut bacteria by oral delivery.

• Bryan B Hsu
• Isaac N Plant
• Lorena Lyon
• Frances M Anastassacos
• Jeffrey C Way
• Pamela A Silver

抄録

腸内マイクロバイオータと人間の健康との間の豊富なリンクは、細菌機能の改変が強力な治療戦略であり得ることを示している。腸と腸内細菌と宿主の間の相互接続のアクセス性の低さは、マイクロバイオータおよび/または宿主の生理学を混乱させることなく、正確に細菌の機能をターゲットにすることが困難になります。ここでは、経口投与によって腸内の特定の細菌遺伝子の発現を調節するための学際的なアプローチを説明します。我々は、プログラム可能なdCas9を発現する人工温帯ファージλが、哺乳類の腸内で標的とする大腸菌遺伝子を抑制することを実証する。宿主プロセスへの混乱を最小限に抑えながらファージの投与を容易にするために、微生物相に基づく放出機構を持つ水性カプセル化製剤を開発し、それが生体内でのファージの経口投与を容易にすることを示しています。最後に、これらの技術を組み合わせて、哺乳類腸内の細菌遺伝子発現を、1回の経口投与でin situで正確に改変できることを示しています。

Abundant links between the gut microbiota and human health indicate that modification of bacterial function could be a powerful therapeutic strategy. The inaccessibility of the gut and inter-connections between gut bacteria and the host make it difficult to precisely target bacterial functions without disrupting the microbiota and/or host physiology. Herein we describe a multidisciplinary approach to modulate the expression of a specific bacterial gene within the gut by oral administration. We demonstrate that an engineered temperate phage λ expressing a programmable dCas9 represses a targeted E. coli gene in the mammalian gut. To facilitate phage administration while minimizing disruption to host processes, we develop an aqueous-based encapsulation formulation with a microbiota-based release mechanism and show that it facilitates oral delivery of phage in vivo. Finally we combine these technologies and show that bacterial gene expression in the mammalian gut can be precisely modified in situ with a single oral dose.