Naukowcy opracowują bakterie zdolne do wykrywania DNA guza

Naukowcy opracowują bakterie zdolne do wykrywania DNA guza

Znacznik czasu: 12 sierpnia 2023 6:52
Węzeł źródłowy: 2820250
12 sierpnia 2023 (Wiadomości Nanowerk) Wkraczając w nowy rozdział zaawansowanych technologicznie czujników biologicznych, naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego i ich koledzy z Australii opracowali bakterie, które potrafią wykryć obecność DNA nowotworu w żywym organizmie. Ich innowacja, która pozwoliła wykryć raka w okrężnicy myszy, może utorować drogę nowym bioczujnikom zdolnym do identyfikowania różnych infekcji, nowotworów i innych chorób. Postęp opisano w czasopiśmie nauka („Skonstruowane bakterie wykrywają DNA nowotworu”). Bakterie zostały wcześniej zaprojektowane do pełnienia różnych funkcji diagnostycznych i terapeutycznych, ale brakowało im zdolności do identyfikowania określonych sekwencji DNA i mutacji poza komórkami. Nowy „test komórkowy do ukierunkowanego poziomego transferu genów z dyskryminacją CRISPR” lub „CATCH” został zaprojektowany właśnie w tym celu. „Kiedy rozpoczynaliśmy ten projekt cztery lata temu, nie byliśmy nawet pewni, czy wykorzystanie bakterii jako czujnika DNA ssaków jest w ogóle możliwe” – powiedział lider zespołu naukowego Jeff Hasty, profesor w Szkole Nauk Biologicznych Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego. Szkoła Inżynierska Jacobsa. „Wykrywanie nowotworów przewodu pokarmowego i zmian przednowotworowych stanowi atrakcyjną kliniczną możliwość zastosowania tego wynalazku”. Wiadomo, że nowotwory rozprzestrzeniają się, czyli rozrzucają swoje DNA do otaczającego je środowiska. Wiele technologii umożliwia analizę oczyszczonego DNA w laboratorium, ale nie pozwalają one na wykrycie DNA w miejscu jego uwolnienia. W ramach strategii CATCH naukowcy zmodyfikowali bakterie, korzystając z technologii CRISPR, aby przetestować swobodnie pływające sekwencje DNA na poziomie genomu i porównać te próbki z wcześniej określonymi sekwencjami nowotworowymi.

[Osadzone treści]

Technologia CATCH konstruuje komórki tak, aby wykrywały i rozróżniały DNA wolne od komórek. Może to mieć znaczenie w zastosowaniach klinicznych (nowotwory i infekcje) i komercyjnych (ekologia, przemysł (zastosowania – gdziekolwiek i kiedykolwiek, wykrywanie DNA jest cenne). „Wiele bakterii może pobierać DNA ze swojego środowiska, co jest umiejętnością zwaną naturalną kompetencją” – powiedział Rob Cooper, współautor badania i naukowiec z Instytutu Biologii Syntetycznej na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego. Hasty, Cooper i australijski lekarz Dan Worthley współpracowali nad koncepcją naturalnej kompetencji w odniesieniu do bakterii i raka jelita grubego, trzeciej co do częstości przyczyny zgonów spowodowanych nowotworem w Stanach Zjednoczonych. Zaczęli formułować możliwości inżynierii bakterii, które są już powszechne w okrężnicy, jako nowych biosensorów, które można zastosować w jelitach do wykrywania DNA uwalnianego z guzów jelita grubego. Skupili się na Acinetobacter baylyi, bakteria, w której Cooper zidentyfikował elementy niezbędne do pobrania DNA i wykorzystania CRISPR do jego analizy. „Wiedząc, że bezkomórkowe DNA można wykorzystać jako sygnał lub sygnał wejściowy, postanowiliśmy opracować bakterie, które reagowałyby na DNA nowotworu w czasie i miejscu wykrycia choroby” – powiedział Worthley, gastroenterolog i badacz nowotworów z Instytutu Klinika Kolonoskopii w Brisbane w Australii. Współpracując z australijskimi kolegami Susan Woods i Josephine Wright, badacze zaprojektowali, zbudowali i przetestowali Acinetobacter baylyi jako czujnik do identyfikacji DNA z genu KRAS, który jest zmutowany w wielu nowotworach. Zaprogramowali bakterię za pomocą systemu CRISPR zaprojektowanego w celu odróżnienia zmutowanych kopii KRAS od normalnych (niezmutowanych). Oznacza to, że tylko bakterie, które przyjęły zmutowane formy KRAS, występujące na przykład w polipach przednowotworowych i nowotworach, przeżyją, aby zasygnalizować chorobę lub odpowiedzieć na nią. Bakterie Acinetobacter baylyi otaczają skupiska komórek raka jelita grubego Jak widać na naczyniu, bakterie Acinetobacter baylyi (zielone) otaczają skupiska komórek raka jelita grubego. (Zdjęcie: Josephine Wright) Nowe badania opierają się na wcześniejszych pomysłach związanych z poziomym transferem genów, techniką stosowaną przez organizmy do przenoszenia materiału genetycznego między sobą w sposób odmienny od tradycyjnego dziedziczenia genetycznego od rodziców do potomstwa. Chociaż horyzontalny transfer genów z bakterii na bakterie jest powszechnie znany, badaczom udało się zastosować tę koncepcję w przypadku nowotworów ssaków i komórek ludzkich w bakteriach. „To było niesamowite, gdy zobaczyłam pod mikroskopem bakterie, które pobrały DNA guza. Myszy z nowotworami wyhodowały zielone kolonie bakteryjne, które nabyły zdolność do wzrostu na płytkach z antybiotykami” – powiedział Wright. Naukowcy dostosowują obecnie swoją strategię dotyczącą bioczujników bakteryjnych, dodając nowe obwody i różne typy bakterii do wykrywania i leczenia ludzkich nowotworów i infekcji. „Istnieje ogromny potencjał inżynierii bakterii, która może zapobiegać rakowi jelita grubego – guzowi zanurzonemu w strumieniu bakterii, który może pomóc lub utrudnić jego rozwój” – powiedział Woods. Profesor nadzwyczajny Siddhartha Mukherjee z Uniwersytetu Columbia, która nie brała udziału w badaniu, wskazała, że ​​w przyszłości „choroby będą leczone i będą im zapobiegać komórki, a nie pigułki”. Żywa bakteria potrafiąca wykryć DNA w jelitach to ogromna szansa na pełnienie roli strażnika w poszukiwaniu i niszczeniu nowotworów przewodu pokarmowego i wielu innych.” Chociaż nowy wynalazek wymaga dalszego rozwoju i udoskonalenia, zespół biologii syntetycznej na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego w dalszym ciągu optymalizuje strategię zaawansowanych biosensorów, powiedział Hasty, który jest powiązany z Wydziałem Biologii Molekularnej Uniwersytetu Kalifornijskiego, Wydziałem Bioinżynierii Shu Chien-Gene Lay i Instytut Biologii Syntetycznej. „Istnieje przyszłość, w której nikt nie będzie musiał umierać na raka jelita grubego” – uważa Worthley. „Mamy nadzieję, że ta praca będzie przydatna bioinżynierom, naukowcom, a w przyszłości klinicystom w dążeniu do tego celu”.

Znak czasu:

Więcej z Nanowerk