Forskere utvikler bakterier som kan oppdage tumor-DNA

Forskere utvikler bakterier som kan oppdage tumor-DNA

Tidsstempel: 12. august 2023 kl.6: 52
Kilde node: 2820250
12. august 2023 (Nanowerk Nyheter) Forskere fra University of California San Diego og deres kolleger i Australia har utviklet bakterier som kan oppdage tilstedeværelsen av tumor-DNA i en levende organisme. Innovasjonen deres, som oppdaget kreft i tykktarmen til mus, kan bane vei for nye biosensorer som er i stand til å identifisere ulike infeksjoner, kreft og andre sykdommer. Fremgangen er beskrevet i journalen Vitenskap ("Konstruerte bakterier oppdager tumor-DNA"). Bakterier har tidligere blitt designet for å utføre ulike diagnostiske og terapeutiske funksjoner, men manglet evnen til å identifisere spesifikke DNA-sekvenser og mutasjoner utenfor cellene. Den nye "Cellular Assay for målrettet CRISPR-diskriminert horisontal genoverføring," eller "CATCH," ble designet for å gjøre nettopp det. "Da vi startet på dette prosjektet for fire år siden, var vi ikke engang sikre på om det var mulig å bruke bakterier som en sensor for pattedyr-DNA," sa leder for vitenskapelig team Jeff Hasty, professor ved UC San Diego School of Biological Sciences og Jacobs School of Engineering. "Deteksjon av gastrointestinale kreftformer og precancerøse lesjoner er en attraktiv klinisk mulighet til å anvende denne oppfinnelsen." Det er kjent at svulster sprer, eller kaster, deres DNA inn i miljøene rundt dem. Mange teknologier kan analysere renset DNA i laboratoriet, men disse kan ikke oppdage DNA der det frigjøres. Under CATCH-strategien konstruerte forskerne bakterier ved hjelp av CRISPR-teknologi for å teste frittflytende DNA-sekvenser på genomisk nivå og sammenligne disse prøvene med forhåndsbestemte kreftsekvenser.

[Innebygd innhold]

CATCH-teknologi utvikler celler for å oppdage og diskriminere cellefritt DNA. Dette kan være av verdi i klinisk (kreft og infeksjon) og kommersiell (økologi, industriell (applikasjoner – hvor og når som helst, påvisning av DNA er verdifull). "Mange bakterier kan ta opp DNA fra miljøet sitt, en ferdighet kjent som naturlig kompetanse," sa Rob Cooper, studiens førsteforfatter og en forsker ved UC San Diegos Synthetic Biology Institute. Hasty, Cooper og den australske legen Dan Worthley samarbeidet om ideen om naturlig kompetanse i forhold til bakterier og tykktarmskreft, den tredje ledende årsaken til kreftrelatert død i USA. De begynte å formulere muligheten for å konstruere bakterier, som allerede er utbredt i tykktarmen, som nye biosensorer som kunne brukes inne i tarmen for å oppdage DNA frigjort fra kolorektale svulster. De fokuserte på Acinetobacter baylyi, en bakterie der Cooper identifiserte elementene som er nødvendige for både å ta opp DNA og bruke CRISPR for å analysere det. "Ved å vite at cellefritt DNA kan mobiliseres som et signal eller en inngang, satte vi oss for å konstruere bakterier som ville reagere på tumor-DNA på tidspunktet og stedet for sykdomsdeteksjon," sa Worthley, en gastroenterolog og kreftforsker med Koloskopiklinikk i Brisbane, Australia. I samarbeid med de australske kollegene Susan Woods og Josephine Wright designet, bygget og testet forskerne Acinetobacter baylyi som en sensor for å identifisere DNA fra KRAS, et gen som er mutert i mange kreftformer. De programmerte bakterien med et CRISPR-system designet for å skille mutant fra normale (ikke-muterte) kopier av KRAS. Dette betyr at bare bakterier som hadde tatt opp mutante former av KRAS, som for eksempel funnet i forstadier til polypper og kreft, ville overleve for å signalisere eller reagere på sykdommen. Bakterier Acinetobacter baylyi omgir klumper av kolorektale kreftceller Som sett i en tallerken, omgir Acinetobacter baylyi (grønne) bakterier klumper av kolorektale kreftceller. (Bilde: Josephine Wright) Den nye forskningen er basert på tidligere ideer relatert til horisontal genoverføring, en teknikk som brukes av organismer for å flytte genetisk materiale mellom hverandre på en måte som er forskjellig fra tradisjonell genetisk arv fra foreldre til avkom. Mens horisontal genoverføring er viden kjent fra bakterier til bakterier, oppnådde forskerne målet sitt om å bruke dette konseptet fra pattedyrsvulster og menneskeceller til bakterier. "Det var utrolig da jeg så bakteriene som hadde tatt opp tumor-DNA under mikroskopet. Musene med svulster vokste grønne bakteriekolonier som hadde fått evnen til å vokse på antibiotikaplater, sa Wright. Forskerne tilpasser nå sin bakteriebiosensorstrategi med nye kretsløp og forskjellige typer bakterier for å oppdage og behandle kreft og infeksjoner hos mennesker. "Det er så mye potensiale for å konstruere bakterier for å forhindre tykktarmskreft, en svulst som er nedsenket i en strøm av bakterier, som kan hjelpe eller hindre progresjonen," sa Woods. Førsteamanuensis Siddhartha Mukherjee fra Columbia University, som ikke var involvert i studien, indikerte at i fremtiden vil "sykdom bli behandlet og forhindret av celler, ikke piller. En levende bakterie som kan oppdage DNA i tarmen er en enorm mulighet til å fungere som en vaktpost for å søke og ødelegge gastrointestinale og mange andre kreftformer." Mens den nye oppfinnelsen krever videre utvikling og foredling, fortsetter det syntetiske biologiteamet ved UC San Diego å optimalisere den avanserte biosensorstrategien, sa Hasty, som har tilknytning til UC San Diegos avdeling for molekylærbiologi, Shu Chien-Gene Lay Department of Bioengineering og Syntetisk Biologisk Institutt. "Det er en fremtid der ingen trenger å dø av tykktarmskreft," mener Worthley. "Vi håper at dette arbeidet vil være nyttig for bioingeniører, forskere og, i fremtiden, klinikere, i jakten på dette målet."

Tidstempel:

Mer fra Nanowerk