Peneliti merekayasa bakteri yang dapat mendeteksi DNA tumor

Peneliti merekayasa bakteri yang dapat mendeteksi DNA tumor

Stempel Waktu: 12 Agustus 2023 6
Node Sumber: 2820250
12 Agu 2023 (Berita Nanowerk) Mendorong babak baru sensor biologis berteknologi maju, para ilmuwan dari Universitas California San Diego dan rekan-rekan mereka di Australia telah merekayasa bakteri yang dapat mendeteksi keberadaan DNA tumor dalam organisme hidup. Inovasi mereka, yang mendeteksi kanker pada usus besar tikus, dapat membuka jalan bagi biosensor baru yang mampu mengidentifikasi berbagai infeksi, kanker, dan penyakit lainnya. Kemajuannya dijelaskan dalam jurnal Ilmu (“Bakteri yang direkayasa mendeteksi DNA tumor”). Bakteri sebelumnya telah dirancang untuk melakukan berbagai fungsi diagnostik dan terapeutik, namun tidak memiliki kemampuan untuk mengidentifikasi rangkaian DNA spesifik dan mutasi di luar sel. “Cellular Assay for Targeted CRISPR-discriminated Horizontal gene transfer,” atau “CATCH,” dirancang untuk melakukan hal tersebut. “Saat kami memulai proyek ini empat tahun lalu, kami bahkan tidak yakin apakah penggunaan bakteri sebagai sensor DNA mamalia bisa dilakukan,” kata ketua tim ilmiah Jeff Hasty, seorang profesor di UC San Diego School of Biological Sciences and Sekolah Teknik Jacobs. “Deteksi kanker gastrointestinal dan lesi prakanker merupakan peluang klinis yang menarik untuk menerapkan penemuan ini.” Tumor diketahui menyebarkan, atau melepaskan, DNA mereka ke lingkungan sekitar mereka. Banyak teknologi yang dapat menganalisis DNA yang dimurnikan di laboratorium, namun teknologi ini tidak dapat mendeteksi DNA di tempat pelepasannya. Di bawah strategi CATCH, para peneliti merekayasa bakteri menggunakan teknologi CRISPR untuk menguji rangkaian DNA yang mengambang bebas pada tingkat genom dan membandingkan sampel tersebut dengan rangkaian kanker yang telah ditentukan.

[Embedded content]

Teknologi CATCH merekayasa sel untuk mendeteksi dan membedakan DNA bebas sel. Hal ini mungkin bermanfaat dalam aplikasi klinis (kanker dan infeksi) dan komersial (ekologi, industri – dimanapun dan kapanpun, deteksi DNA sangatlah berharga. “Banyak bakteri dapat mengambil DNA dari lingkungannya, sebuah keterampilan yang dikenal sebagai kompetensi alami,” kata Rob Cooper, salah satu penulis pertama studi tersebut dan ilmuwan di Institut Biologi Sintetis UC San Diego. Hasty, Cooper dan dokter Australia Dan Worthley berkolaborasi dalam gagasan kompetensi alami dalam kaitannya dengan bakteri dan kanker kolorektal, penyebab kematian terkait kanker nomor tiga di Amerika Serikat. Mereka mulai merumuskan kemungkinan merekayasa bakteri, yang sudah lazim di usus besar, sebagai biosensor baru yang dapat digunakan di dalam usus untuk mendeteksi DNA yang dilepaskan dari tumor kolorektal. Mereka fokus pada Acinetobacter bayli, bakteri tempat Cooper mengidentifikasi unsur-unsur yang diperlukan untuk mengambil DNA dan menggunakan CRISPR untuk menganalisisnya. “Mengetahui bahwa DNA bebas sel dapat dimobilisasi sebagai sinyal, atau masukan, kami mulai merekayasa bakteri yang akan merespons DNA tumor pada waktu dan tempat deteksi penyakit,” kata Worthley, ahli gastroenterologi dan peneliti kanker di the Klinik Kolonoskopi di Brisbane, Australia. Bekerja sama dengan rekannya dari Australia Susan Woods dan Josephine Wright, para peneliti merancang, membangun, dan menguji Acinetobacter bayli sebagai sensor untuk mengidentifikasi DNA dari KRAS, gen yang bermutasi pada banyak penyakit kanker. Mereka memprogram bakteri tersebut dengan sistem CRISPR yang dirancang untuk membedakan salinan KRAS yang bermutasi dan yang normal (tidak bermutasi). Ini berarti bahwa hanya bakteri yang telah mengambil bentuk mutan KRAS, seperti yang ditemukan pada polip prakanker dan kanker, misalnya, yang akan bertahan untuk memberi sinyal atau merespons penyakit tersebut. Bakteri Acinetobacter baylyi mengelilingi gumpalan sel kanker kolorektal Seperti terlihat pada piringan, bakteri Acinetobacter baylyi (hijau) mengelilingi gumpalan sel kanker kolorektal. (Gambar: Josephine Wright) Penelitian baru ini didasarkan pada gagasan sebelumnya terkait transfer gen horizontal, suatu teknik yang digunakan organisme untuk memindahkan materi genetik antara satu sama lain dengan cara yang berbeda dari pewarisan genetik tradisional dari orang tua ke keturunannya. Meskipun transfer gen horizontal diketahui secara luas dari bakteri ke bakteri, para peneliti mencapai tujuan mereka dengan menerapkan konsep ini dari tumor mamalia dan sel manusia ke dalam bakteri. “Sungguh luar biasa ketika saya melihat bakteri yang mengambil DNA tumor di bawah mikroskop. Tikus yang mengidap tumor menumbuhkan koloni bakteri hijau yang memiliki kemampuan untuk tumbuh di piring antibiotik,” kata Wright. Para peneliti sekarang mengadaptasi strategi biosensor bakteri mereka dengan sirkuit baru dan berbagai jenis bakteri untuk mendeteksi dan mengobati kanker dan infeksi pada manusia. “Ada begitu banyak potensi untuk merekayasa bakteri untuk mencegah kanker kolorektal, tumor yang terbenam dalam aliran bakteri, yang dapat membantu atau menghambat perkembangannya,” kata Woods. Associate Professor Siddhartha Mukherjee dari Universitas Columbia, yang tidak terlibat dalam penelitian ini, menyatakan bahwa di masa depan, “penyakit akan diobati dan dicegah dengan sel, bukan pil. Bakteri hidup yang dapat mendeteksi DNA di usus adalah peluang besar untuk bertindak sebagai penjaga untuk mencari dan menghancurkan saluran cerna, dan banyak kanker lainnya.” Meskipun penemuan baru ini memerlukan pengembangan dan penyempurnaan lebih lanjut, tim biologi sintetik di UC San Diego terus mengoptimalkan strategi biosensor canggih, kata Hasty, yang berafiliasi dengan Departemen Biologi Molekuler UC San Diego, Departemen Bioteknologi Shu Chien-Gene Lay, dan Departemen Biologi Molekuler UC San Diego. Institut Biologi Sintetis. “Ada masa depan di mana tidak ada orang yang perlu meninggal karena kanker kolorektal,” yakin Worthley. “Kami berharap penelitian ini bermanfaat bagi para bioengineer, ilmuwan, dan, di masa depan, dokter, dalam mencapai tujuan ini.”

Stempel Waktu:

Lebih dari Nanowerk