Forskere udvikler bakterier, der kan påvise tumor-DNA

Forskere udvikler bakterier, der kan påvise tumor-DNA

Tidsstempel: 12. august 2023 kl. 6
Kildeknude: 2820250
12. august 2023 (Nanowerk nyheder) Ved at skubbe ind i et nyt kapitel af teknologisk avancerede biologiske sensorer har forskere fra University of California San Diego og deres kolleger i Australien konstrueret bakterier, der kan detektere tilstedeværelsen af ​​tumor-DNA i en levende organisme. Deres innovation, som opdagede kræft i tyktarmen på mus, kunne bane vejen for nye biosensorer, der er i stand til at identificere forskellige infektioner, kræftformer og andre sygdomme. Fremgangen er beskrevet i journalen Videnskab ("Konstruerede bakterier opdager tumor-DNA"). Bakterier er tidligere blevet designet til at udføre forskellige diagnostiske og terapeutiske funktioner, men manglede evnen til at identificere specifikke DNA-sekvenser og mutationer uden for celler. Det nye "cellulære assay for målrettet CRISPR-diskrimineret horisontal genoverførsel" eller "CATCH" blev designet til at gøre netop det. "Da vi startede på dette projekt for fire år siden, var vi ikke engang sikre på, om det overhovedet var muligt at bruge bakterier som en sensor for pattedyrs-DNA," sagde leder af videnskabeligt hold Jeff Hasty, professor ved UC San Diego School of Biological Sciences og Jacobs Ingeniørskole. "Opdagelsen af ​​gastrointestinale kræftformer og præcancerøse læsioner er en attraktiv klinisk mulighed for at anvende denne opfindelse." Tumorer er kendt for at sprede eller udskille deres DNA i omgivelserne omkring dem. Mange teknologier kan analysere renset DNA i laboratoriet, men disse kan ikke detektere DNA, hvor det frigives. Under CATCH-strategien konstruerede forskerne bakterier ved hjælp af CRISPR-teknologi til at teste fritsvævende DNA-sekvenser på genomisk niveau og sammenligne disse prøver med forudbestemte cancersekvenser.

[Indlejret indhold]

CATCH-teknologi udvikler celler til at detektere og skelne cellefrit DNA. Dette kan være af værdi i kliniske (kræft og infektioner) og kommercielle (økologi, industrielle( applikationer – hvor som helst og når som helst, påvisning af DNA er værdifuld. "Mange bakterier kan optage DNA fra deres miljø, en færdighed kendt som naturlig kompetence," sagde Rob Cooper, undersøgelsens medførsteforfatter og en videnskabsmand ved UC San Diego's Synthetic Biology Institute. Hasty, Cooper og den australske læge Dan Worthley samarbejdede om ideen om naturlig kompetence i forhold til bakterier og tyktarmskræft, den tredje førende årsag til kræftrelateret død i USA. De begyndte at formulere muligheden for at konstruere bakterier, som allerede er udbredt i tyktarmen, som nye biosensorer, der kunne anvendes inde i tarmen for at opdage DNA frigivet fra kolorektale tumorer. De fokuserede på Acinetobacter baylyi, en bakterie, hvor Cooper identificerede de nødvendige elementer til både at optage DNA og bruge CRISPR til at analysere det. "Ved at vide, at cellefrit DNA kan mobiliseres som et signal eller et input, satte vi os for at konstruere bakterier, der ville reagere på tumor-DNA på tidspunktet og stedet for sygdomsdetektion," sagde Worthley, en gastroenterolog og kræftforsker med Koloskopiklinik i Brisbane, Australien. I samarbejde med de australske kolleger Susan Woods og Josephine Wright designede, byggede og testede forskerne Acinetobacter baylyi som en sensor til at identificere DNA fra KRAS, et gen, der er muteret i mange kræftformer. De programmerede bakterien med et CRISPR-system designet til at skelne mutant fra normale (ikke-muterede) kopier af KRAS. Det betyder, at kun bakterier, der havde optaget mutante former for KRAS, som f.eks. findes i forstadier til kræft og kræft, ville overleve for at signalere eller reagere på sygdommen. Bakterier Acinetobacter baylyi omgiver klumper af tyktarmskræftceller Som det ses i en skål, omgiver Acinetobacter baylyi (grønne) bakterier klumper af kolorektale cancerceller. (Billede: Josephine Wright) Den nye forskning er baseret på tidligere ideer relateret til horisontal genoverførsel, en teknik, der bruges af organismer til at flytte genetisk materiale mellem hinanden på en måde, der adskiller sig fra traditionel genetisk arv fra forældre til afkom. Mens horisontal genoverførsel er almindeligt kendt fra bakterier til bakterier, nåede forskerne deres mål om at anvende dette koncept fra pattedyrtumorer og humane celler i bakterier. »Det var utroligt, da jeg så de bakterier, der havde optaget tumor-DNA'et, under mikroskopet. Musene med tumorer voksede grønne bakteriekolonier, der havde erhvervet evnen til at vokse på antibiotikaplader,” sagde Wright. Forskerne tilpasser nu deres bakteriebiosensorstrategi med nye kredsløb og forskellige typer bakterier til påvisning og behandling af kræft og infektioner hos mennesker. "Der er så meget potentiale til at konstruere bakterier for at forhindre tyktarmskræft, en tumor, der er nedsænket i en strøm af bakterier, som kan hjælpe eller hindre dens udvikling," sagde Woods. Lektor Siddhartha Mukherjee fra Columbia University, som ikke var involveret i undersøgelsen, indikerede, at i fremtiden vil "sygdommen blive behandlet og forhindret af celler, ikke piller. En levende bakterie, der kan påvise DNA i tarmen, er en enorm mulighed for at fungere som en vagtpost for at søge og ødelægge mave-tarm- og mange andre kræftformer." Mens den nye opfindelse kræver yderligere udvikling og forfining, fortsætter det syntetiske biologi-team på UC San Diego med at optimere den avancerede biosensorstrategi, sagde Hasty, der har tilknytning til UC San Diegos afdeling for molekylær biologi, Shu Chien-Gene Lay Department of Bioengineering og Syntetisk Biologisk Institut. "Der er en fremtid, hvor ingen behøver at dø af tyktarmskræft," mener Worthley. "Vi håber, at dette arbejde vil være nyttigt for bioingeniører, videnskabsmænd og i fremtiden klinikere i forfølgelsen af ​​dette mål."

Tidsstempel:

Mere fra Nanoværk