I ricercatori progettano batteri in grado di rilevare il DNA tumorale

I ricercatori progettano batteri in grado di rilevare il DNA tumorale

Timestamp: 12 agosto 2023 6:52
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12 agosto 2023 (Notizie Nanowerk) Entrando in un nuovo capitolo di sensori biologici tecnologicamente avanzati, gli scienziati dell'Università della California a San Diego e i loro colleghi in Australia hanno ingegnerizzato batteri in grado di rilevare la presenza di DNA tumorale in un organismo vivo. La loro innovazione, che ha rilevato il cancro nel colon dei topi, potrebbe aprire la strada a nuovi biosensori in grado di identificare varie infezioni, tumori e altre malattie. Il progresso è descritto nel diario Scienze (“I batteri ingegnerizzati rilevano il DNA tumorale”). I batteri in precedenza erano stati progettati per svolgere varie funzioni diagnostiche e terapeutiche, ma non avevano la capacità di identificare sequenze e mutazioni specifiche del DNA al di fuori delle cellule. Il nuovo “Saggio cellulare per il trasferimento genico orizzontale mirato discriminato da CRISPR” o “CATCH” è stato progettato proprio per questo. "Quando abbiamo iniziato questo progetto quattro anni fa, non eravamo nemmeno sicuri che fosse possibile utilizzare i batteri come sensore per il DNA dei mammiferi", ha affermato il leader del team scientifico Jeff Hasty, professore presso la Scuola di Scienze Biologiche dell'UC di San Diego e Jacobs Scuola di Ingegneria. “L’individuazione di tumori gastrointestinali e lesioni precancerose rappresenta un’interessante opportunità clinica per applicare questa invenzione”. È noto che i tumori disperdono, o rilasciano, il loro DNA negli ambienti che li circondano. Molte tecnologie possono analizzare il DNA purificato in laboratorio, ma non sono in grado di rilevare il DNA nel punto in cui viene rilasciato. Nell’ambito della strategia CATCH, i ricercatori hanno ingegnerizzato batteri utilizzando la tecnologia CRISPR per testare sequenze di DNA fluttuanti a livello genomico e confrontare tali campioni con sequenze tumorali predeterminate.

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La tecnologia CATCH ingegnerizza le cellule per rilevare e discriminare il DNA libero cellulare. Ciò può essere utile in applicazioni cliniche (cancro e infezioni) e commerciali (ecologia, applicazioni industriali – ovunque e in qualsiasi momento, la rilevazione del DNA è preziosa. "Molti batteri possono assorbire il DNA dal loro ambiente, un'abilità nota come competenza naturale", ha affermato Rob Cooper, coautore dello studio e scienziato presso l'Istituto di biologia sintetica della UC San Diego. Hasty, Cooper e il medico australiano Dan Worthley hanno collaborato all'idea di competenza naturale in relazione ai batteri e al cancro del colon-retto, la terza causa di morte correlata al cancro negli Stati Uniti. Hanno iniziato a formulare la possibilità di ingegnerizzare i batteri, che sono già prevalenti nel colon, come nuovi biosensori che potrebbero essere distribuiti all’interno dell’intestino per rilevare il DNA rilasciato dai tumori del colon-retto. Si sono concentrati su Acinetobacter baylyi, un batterio in cui Cooper ha identificato gli elementi necessari sia per assorbire il DNA che per utilizzare CRISPR per analizzarlo. "Sapendo che il DNA libero da cellule può essere mobilitato come segnale o input, abbiamo deciso di progettare batteri che rispondessero al DNA tumorale nel momento e nel luogo in cui viene rilevata la malattia", ha affermato Worthley, gastroenterologo e ricercatore sul cancro presso l'Università di Washington. Clinica di colonscopia a Brisbane, Australia. Lavorando con i colleghi australiani Susan Woods e Josephine Wright, i ricercatori hanno progettato, costruito e testato Acinetobacter baylyi come sensore per identificare il DNA di KRAS, un gene mutato in molti tumori. Hanno programmato il batterio con un sistema CRISPR progettato per discriminare le copie mutanti da quelle normali (non mutate) di KRAS. Ciò significa che solo i batteri che avevano assunto forme mutanti di KRAS, come si trovano ad esempio nei polipi e nei tumori precancerosi, sopravvivrebbero per segnalare o rispondere alla malattia. I batteri Acinetobacter baylyi circondano gruppi di cellule tumorali del colon-retto Come visto in una capsula, i batteri Acinetobacter baylyi (verde) circondano gruppi di cellule tumorali del colon-retto. (Immagine: Josephine Wright) La nuova ricerca si basa su idee precedenti relative al trasferimento genico orizzontale, una tecnica utilizzata dagli organismi per spostare materiale genetico tra loro in un modo distinto dalla tradizionale eredità genetica da genitore a figlio. Sebbene il trasferimento genico orizzontale sia ampiamente noto da batterio a batterio, i ricercatori hanno raggiunto l’obiettivo di applicare questo concetto dai tumori dei mammiferi e dalle cellule umane ai batteri. “È stato incredibile quando ho visto al microscopio i batteri che avevano assorbito il DNA del tumore. I topi con tumori hanno sviluppato colonie batteriche verdi che hanno acquisito la capacità di crescere su piastre antibiotiche”, ha affermato Wright. I ricercatori stanno ora adattando la loro strategia di biosensori batterici con nuovi circuiti e diversi tipi di batteri per rilevare e trattare tumori e infezioni umane. "C'è così tanto potenziale per ingegnerizzare i batteri per prevenire il cancro del colon-retto, un tumore immerso in un flusso di batteri, che potrebbe aiutare, o ostacolare, la sua progressione", ha detto Woods. Il professore associato Siddhartha Mukherjee della Columbia University, che non è stato coinvolto nello studio, ha affermato che in futuro “la malattia sarà curata e prevenuta con le cellule, non con le pillole. Un batterio vivente in grado di rilevare il DNA nell’intestino è un’enorme opportunità per agire come sentinella per cercare e distruggere i tumori gastrointestinali e molti altri”. Sebbene la nuova invenzione richieda ulteriore sviluppo e perfezionamento, il team di biologia sintetica dell'UC San Diego continua a ottimizzare la strategia avanzata del biosensore, ha affermato Hasty, che ha affiliazioni con il Dipartimento di Biologia Molecolare dell'UC San Diego, il Dipartimento di Bioingegneria di Shu Chien-Gene Lay e Istituto di Biologia Sintetica. "C'è un futuro in cui nessuno dovrà morire di cancro del colon-retto", ritiene Worthley. “Ci auguriamo che questo lavoro possa essere utile ai bioingegneri, agli scienziati e, in futuro, ai medici, nel perseguimento di questo obiettivo”.

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