Οι ερευνητές κατασκευάζουν βακτήρια που μπορούν να ανιχνεύσουν το DNA του όγκου

Οι ερευνητές κατασκευάζουν βακτήρια που μπορούν να ανιχνεύσουν το DNA του όγκου

Χρονική σήμανση: 12 Αυγούστου 2023 6:52 π.μ.
Κόμβος πηγής: 2820250
12 Αυγ 2023 (Ειδήσεις Nanowerk) Σπρώχνοντας σε ένα νέο κεφάλαιο τεχνολογικά προηγμένων βιολογικών αισθητήρων, επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο και οι συνάδελφοί τους στην Αυστραλία κατασκεύασαν βακτήρια που μπορούν να ανιχνεύσουν την παρουσία όγκου DNA σε ζωντανό οργανισμό. Η καινοτομία τους, η οποία ανίχνευσε καρκίνο στο κόλον των ποντικών, θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο σε νέους βιοαισθητήρες ικανούς να εντοπίζουν διάφορες λοιμώξεις, καρκίνους και άλλες ασθένειες. Η πρόοδος περιγράφεται στο περιοδικό Επιστήμη (“Engineered bacteria detect tumor DNA”). Τα βακτήρια είχαν σχεδιαστεί στο παρελθόν για να εκτελούν διάφορες διαγνωστικές και θεραπευτικές λειτουργίες, αλλά δεν είχαν την ικανότητα να αναγνωρίζουν συγκεκριμένες αλληλουχίες DNA και μεταλλάξεις έξω από τα κύτταρα. Η νέα «Κυτταρική ανάλυση για στοχευμένη οριζόντια μεταφορά γονιδίων που διακρίνεται από το CRISPR» ή «CATCH», σχεδιάστηκε για να κάνει ακριβώς αυτό. «Καθώς ξεκινήσαμε αυτό το έργο πριν από τέσσερα χρόνια, δεν ήμασταν καν σίγουροι αν η χρήση βακτηρίων ως αισθητήρα για το DNA θηλαστικών ήταν ακόμη δυνατή», δήλωσε ο επικεφαλής της επιστημονικής ομάδας Τζεφ Χάστι, καθηγητής στο UC San Diego School of Biological Sciences και Jacobs School of Engineering. «Η ανίχνευση γαστρεντερικών καρκίνων και προκαρκινικών βλαβών είναι μια ελκυστική κλινική ευκαιρία για την εφαρμογή αυτής της εφεύρεσης». Οι όγκοι είναι γνωστό ότι διασπείρουν ή αποβάλλουν το DNA τους στα περιβάλλοντα που τους περιβάλλουν. Πολλές τεχνολογίες μπορούν να αναλύσουν το καθαρισμένο DNA στο εργαστήριο, αλλά αυτές δεν μπορούν να ανιχνεύσουν το DNA όπου απελευθερώνεται. Σύμφωνα με τη στρατηγική CATCH, οι ερευνητές κατασκεύασαν βακτήρια χρησιμοποιώντας την τεχνολογία CRISPR για να δοκιμάσουν ελεύθερα επιπλέουσες αλληλουχίες DNA σε γονιδιωματικό επίπεδο και να συγκρίνουν αυτά τα δείγματα με προκαθορισμένες αλληλουχίες καρκίνου.

[Ενσωματωμένο περιεχόμενο]

Η τεχνολογία CATCH κατασκευάζει κύτταρα για την ανίχνευση και τη διάκριση χωρίς κύτταρα DNA. Αυτό μπορεί να έχει αξία σε κλινικές (καρκίνος και λοιμώξεις) και εμπορικές (οικολογικές, βιομηχανικές (εφαρμογές – όπου και όποτε, η ανίχνευση του DNA είναι πολύτιμη. «Πολλά βακτήρια μπορούν να πάρουν DNA από το περιβάλλον τους, μια ικανότητα γνωστή ως φυσική ικανότητα», δήλωσε ο Rob Cooper, ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης και επιστήμονας στο Ινστιτούτο Συνθετικής Βιολογίας του UC San Diego. Οι Hasty, Cooper και ο Αυστραλός γιατρός Dan Worthley συνεργάστηκαν στην ιδέα της φυσικής ικανότητας σε σχέση με τα βακτήρια και τον καρκίνο του παχέος εντέρου, την τρίτη κύρια αιτία θανάτου από καρκίνο στις Ηνωμένες Πολιτείες. Άρχισαν να διαμορφώνουν τη δυνατότητα μηχανικής βακτηρίων, τα οποία είναι ήδη διαδεδομένα στο παχύ έντερο, ως νέους βιοαισθητήρες που θα μπορούσαν να αναπτυχθούν μέσα στο έντερο για να ανιχνεύσουν το DNA που απελευθερώνεται από όγκους του παχέος εντέρου. Επικεντρώθηκαν σε Acinetobacter baylyi, ένα βακτήριο στο οποίο ο Cooper αναγνώρισε τα στοιχεία που ήταν απαραίτητα τόσο για την πρόσληψη του DNA όσο και για τη χρήση του CRISPR για την ανάλυσή του. «Γνωρίζοντας ότι το DNA χωρίς κύτταρα μπορεί να κινητοποιηθεί ως σήμα ή ως είσοδος, ξεκινήσαμε να δημιουργήσουμε βακτήρια που θα ανταποκρίνονταν στο DNA του όγκου τη στιγμή και τον τόπο ανίχνευσης της νόσου», δήλωσε ο Worthley, γαστρεντερολόγος και ερευνητής του καρκίνου. Κλινική Κολονοσκόπησης στο Μπρίσμπεϊν, Αυστραλία. Σε συνεργασία με τους Αυστραλούς συναδέλφους Susan Woods και Josephine Wright, οι ερευνητές σχεδίασαν, κατασκεύασαν και δοκίμασαν Acinetobacter baylyi ως αισθητήρας για την αναγνώριση του DNA από το KRAS, ένα γονίδιο που μεταλλάσσεται σε πολλούς καρκίνους. Προγραμμάτισαν το βακτήριο με ένα σύστημα CRISPR σχεδιασμένο να διακρίνει το μεταλλαγμένο από τα κανονικά (μη μεταλλαγμένα) αντίγραφα του KRAS. Αυτό σημαίνει ότι μόνο βακτήρια που είχαν προσλάβει μεταλλαγμένες μορφές KRAS, όπως για παράδειγμα σε προκαρκινικούς πολύποδες και καρκίνους, θα επιζούσαν για να δώσουν σήμα ή να ανταποκριθούν στην ασθένεια. Τα βακτήρια Acinetobacter baylyi περιβάλλουν συστάδες καρκινικών κυττάρων του παχέος εντέρου Όπως φαίνεται σε ένα πιάτο, τα βακτήρια Acinetobacter baylyi (πράσινα) περιβάλλουν συστάδες καρκινικών κυττάρων του παχέος εντέρου. (Εικόνα: Josephine Wright) Η νέα έρευνα βασίζεται σε προηγούμενες ιδέες που σχετίζονται με την οριζόντια μεταφορά γονιδίων, μια τεχνική που χρησιμοποιείται από οργανισμούς για τη μετακίνηση γενετικού υλικού μεταξύ τους με τρόπο διαφορετικό από την παραδοσιακή γενετική κληρονομικότητα από γονέα σε απογόνους. Ενώ η οριζόντια μεταφορά γονιδίων είναι ευρέως γνωστή από βακτήρια σε βακτήρια, οι ερευνητές πέτυχαν τον στόχο τους να εφαρμόσουν αυτήν την ιδέα από όγκους θηλαστικών και ανθρώπινα κύτταρα σε βακτήρια. «Ήταν απίστευτο όταν είδα στο μικροσκόπιο τα βακτήρια που είχαν απορροφήσει το DNA του όγκου. Τα ποντίκια με όγκους μεγάλωσαν πράσινες βακτηριακές αποικίες που είχαν αποκτήσει την ικανότητα να αναπτύσσονται σε πλάκες αντιβιοτικών», είπε ο Ράιτ. Οι ερευνητές προσαρμόζουν τώρα τη στρατηγική τους για τον βιοαισθητήρα βακτηριδίων με νέα κυκλώματα και διαφορετικούς τύπους βακτηρίων για τον εντοπισμό και τη θεραπεία ανθρώπινων καρκίνων και λοιμώξεων. «Υπάρχουν τόσες πολλές δυνατότητες να κατασκευαστούν βακτήρια για την πρόληψη του καρκίνου του παχέος εντέρου, ενός όγκου που είναι βυθισμένος σε ένα ρεύμα βακτηρίων, που θα μπορούσε να βοηθήσει ή να εμποδίσει την εξέλιξή του», είπε ο Woods. Η αναπληρώτρια καθηγήτρια Siddhartha Mukherjee του Πανεπιστημίου Columbia, η οποία δεν συμμετείχε στη μελέτη, ανέφερε ότι στο μέλλον, «η ασθένεια θα αντιμετωπίζεται και θα προλαμβάνεται από κύτταρα, όχι με χάπια. Ένα ζωντανό βακτήριο που μπορεί να ανιχνεύσει DNA στο έντερο είναι μια τεράστια ευκαιρία να λειτουργήσει ως φρουρός για να αναζητήσει και να καταστρέψει γαστρεντερικούς και πολλούς άλλους καρκίνους». Ενώ η νέα εφεύρεση απαιτεί περαιτέρω ανάπτυξη και τελειοποίηση, η ομάδα συνθετικής βιολογίας στο UC San Diego συνεχίζει να βελτιστοποιεί την προηγμένη στρατηγική βιοαισθητήρα, είπε ο Hasty, ο οποίος έχει συνεργασίες με το Τμήμα Μοριακής Βιολογίας του UC San Diego, το Τμήμα Βιομηχανικής και του Shu Chien-Gene Lay. Ινστιτούτο Συνθετικής Βιολογίας. «Υπάρχει ένα μέλλον όπου κανείς δεν χρειάζεται να πεθάνει από καρκίνο του παχέος εντέρου», πιστεύει ο Worthley. «Ελπίζουμε ότι αυτή η εργασία θα είναι χρήσιμη σε βιομηχανικούς, επιστήμονες και, στο μέλλον, κλινικούς γιατρούς, στην επιδίωξη αυτού του στόχου».

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Νανοχόκ