Investigadores diseñan bacterias que pueden detectar ADN tumoral

12 de agosto de 2023 (Noticias de Nanowerk) Avanzando hacia un nuevo capítulo de sensores biológicos tecnológicamente avanzados, científicos de la Universidad de California en San Diego y sus colegas en Australia han diseñado bacterias que pueden detectar la presencia de ADN tumoral en un organismo vivo. Su innovación, que detectó cáncer en el colon de ratones, podría allanar el camino hacia nuevos biosensores capaces de identificar diversas infecciones, cánceres y otras enfermedades. El avance se describe en la revista. Ciencia: ("Las bacterias diseñadas detectan el ADN tumoral"). Anteriormente, las bacterias habían sido diseñadas para llevar a cabo diversas funciones diagnósticas y terapéuticas, pero carecían de la capacidad de identificar secuencias de ADN específicas y mutaciones fuera de las células. El nuevo “ensayo celular para la transferencia horizontal selectiva de genes discriminados por CRISPR” o “CATCH” fue diseñado para hacer precisamente eso. "Cuando comenzamos este proyecto hace cuatro años, ni siquiera estábamos seguros de si era posible usar bacterias como sensores para el ADN de los mamíferos", dijo el líder del equipo científico Jeff Hasty, profesor de la Facultad de Ciencias Biológicas y Ciencias Biológicas de UC San Diego. Escuela de Ingeniería Jacobs. "La detección de cánceres gastrointestinales y lesiones precancerosas es una oportunidad clínica atractiva para aplicar esta invención". Se sabe que los tumores dispersan o eliminan su ADN en los entornos que los rodean. Muchas tecnologías pueden analizar el ADN purificado en el laboratorio, pero no pueden detectar el ADN donde se libera. Bajo la estrategia CATCH, los investigadores diseñaron bacterias utilizando tecnología CRISPR para probar secuencias de ADN flotantes a nivel genómico y comparar esas muestras con secuencias de cáncer predeterminadas.

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La tecnología CATCH diseña células para detectar y discriminar ADN libre de células. Esto puede ser valioso en aplicaciones clínicas (cáncer e infecciones) y comerciales (ecología, industriales): donde y cuando sea, la detección de ADN es valiosa. "Muchas bacterias pueden absorber ADN de su entorno, una habilidad conocida como competencia natural", dijo Rob Cooper, coprimer autor del estudio y científico del Instituto de Biología Sintética de UC San Diego. Hasty, Cooper y el médico australiano Dan Worthley colaboraron en la idea de la competencia natural en relación con las bacterias y el cáncer colorrectal, la tercera causa de muerte relacionada con el cáncer en los Estados Unidos. Comenzaron a formular la posibilidad de diseñar bacterias, que ya prevalecen en el colon, como nuevos biosensores que podrían desplegarse dentro del intestino para detectar el ADN liberado de los tumores colorrectales. Se centraron en Acinetobacter baylyi, una bacteria en la que Cooper identificó los elementos necesarios tanto para captar el ADN como para utilizar CRISPR para analizarlo. "Sabiendo que el ADN libre de células se puede movilizar como una señal o un insumo, nos propusimos diseñar bacterias que respondieran al ADN tumoral en el momento y lugar de la detección de la enfermedad", dijo Worthley, gastroenterólogo e investigador del cáncer de la Clínica de colonoscopia en Brisbane, Australia. En colaboración con sus colegas australianas Susan Woods y Josephine Wright, los investigadores diseñaron, construyeron y probaron Acinetobacter baylyi como sensor para identificar el ADN de KRAS, un gen que está mutado en muchos cánceres. Programaron la bacteria con un sistema CRISPR diseñado para discriminar copias mutantes de normales (no mutadas) de KRAS. Esto significa que sólo las bacterias que hubieran adoptado formas mutantes de KRAS, como las que se encuentran en los pólipos precancerosos y los cánceres, por ejemplo, sobrevivirían para señalar o responder a la enfermedad. Como se ve en un plato, la bacteria Acinetobacter baylyi (verde) rodea grupos de células de cáncer colorrectal. (Imagen: Josephine Wright) La nueva investigación se basa en ideas previas relacionadas con la transferencia horizontal de genes, una técnica utilizada por los organismos para mover material genético entre sí de una manera distinta de la herencia genética tradicional de padres a hijos. Si bien la transferencia horizontal de genes es ampliamente conocida de una bacteria a otra, los investigadores lograron su objetivo de aplicar este concepto de tumores de mamíferos y células humanas a las bacterias. “Fue increíble cuando vi bajo el microscopio las bacterias que habían absorbido el ADN del tumor. Los ratones con tumores desarrollaron colonias bacterianas verdes que habían adquirido la capacidad de crecer en placas de antibióticos”, dijo Wright. Los investigadores ahora están adaptando su estrategia de biosensores de bacterias con nuevos circuitos y diferentes tipos de bacterias para detectar y tratar cánceres e infecciones humanos. "Hay mucho potencial para diseñar bacterias para prevenir el cáncer colorrectal, un tumor que está inmerso en una corriente de bacterias, que podría ayudar o dificultar su progresión", dijo Woods. El profesor asociado Siddhartha Mukherjee de la Universidad de Columbia, que no participó en el estudio, indicó que en el futuro “las enfermedades serán tratadas y prevenidas con células, no con pastillas. Una bacteria viva que pueda detectar ADN en el intestino es una tremenda oportunidad para actuar como centinela para buscar y destruir el cáncer gastrointestinal y muchos otros cánceres”. Si bien la nueva invención requiere mayor desarrollo y refinamiento, el equipo de biología sintética de UC San Diego continúa optimizando la estrategia avanzada de biosensores, dijo Hasty, quien está afiliado al Departamento de Biología Molecular de UC San Diego, al Departamento de Bioingeniería Shu Chien-Gene Lay y Instituto de Biología Sintética. "Hay un futuro en el que nadie tendrá que morir de cáncer colorrectal", cree Worthley. "Esperamos que este trabajo sea útil para los bioingenieros, los científicos y, en el futuro, los médicos, en la consecución de este objetivo".

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• Fuente: https://www.nanowerk.com/news2/biotech/newsid=63498.php