Raziskovalci izdelujejo bakterije, ki lahko zaznajo tumorsko DNK

Raziskovalci izdelujejo bakterije, ki lahko zaznajo tumorsko DNK

Časovni žig: 12. avgust 2023 6:52
Izvorno vozlišče: 2820250
12. avgust 2023 (Nanowerk novice) V novo poglavje tehnološko naprednih bioloških senzorjev so znanstveniki s kalifornijske univerze San Diego in njihovi kolegi v Avstraliji izdelali bakterije, ki lahko zaznajo prisotnost tumorske DNK v živem organizmu. Njihova inovacija, ki je odkrila raka v debelem črevesu miši, bi lahko utrla pot novim biosenzorjem, ki so sposobni prepoznati različne okužbe, raka in druge bolezni. Napredovanje je opisano v dnevniku Znanost ("Inženirske bakterije zaznajo DNK tumorja"). Bakterije so bile prej zasnovane za izvajanje različnih diagnostičnih in terapevtskih funkcij, vendar niso bile zmožne identificirati specifičnih zaporedij DNK in mutacij zunaj celic. Novi »Celični test za ciljni horizontalni prenos genov, diskriminiran s CRISPR« ali »CATCH« je bil zasnovan za to. "Ko smo pred štirimi leti začeli s tem projektom, sploh nismo bili prepričani, ali je uporaba bakterij kot senzorja za DNK sesalcev sploh možna," je povedal vodja znanstvene skupine Jeff Hasty, profesor na šoli bioloških znanosti UC San Diego in Jacobsova inženirska šola. "Odkrivanje raka prebavil in predrakavih lezij je privlačna klinična priložnost za uporabo tega izuma." Znano je, da tumorji razpršijo ali izločijo svojo DNK v okolje, ki jih obdaja. Številne tehnologije lahko analizirajo prečiščeno DNK v laboratoriju, vendar te ne morejo zaznati DNK, kjer se sprošča. V okviru strategije CATCH so raziskovalci izdelali bakterije s tehnologijo CRISPR za testiranje prosto plavajočih zaporedij DNK na genomski ravni in primerjavo teh vzorcev z vnaprej določenimi zaporedji raka.

[Vgrajeni vsebina]

Tehnologija CATCH oblikuje celice za odkrivanje in razlikovanje brezcelične DNK. To je lahko koristno v klinični (rak in okužbe) in komercialni (ekologija, industrijske (aplikacije) – kjer koli in kadar koli je odkrivanje DNK dragoceno. "Številne bakterije lahko prevzamejo DNK iz svojega okolja, kar je veščina, znana kot naravna kompetenca," je povedal Rob Cooper, soavtor študije in znanstvenik na Inštitutu za sintetično biologijo UC San Diego. Hasty, Cooper in avstralski zdravnik Dan Worthley sta sodelovala pri zamisli o naravni sposobnosti v zvezi z bakterijami in rakom debelega črevesa in danke, ki je tretji najpogostejši vzrok smrti zaradi raka v Združenih državah. Začeli so oblikovati možnost inženiringa bakterij, ki že prevladujejo v debelem črevesu, kot novih biosenzorjev, ki bi jih lahko uporabili v črevesju za odkrivanje DNK, sproščenega iz kolorektalnih tumorjev. Osredotočili so se na Acinetobacter baylyi, bakterijo, v kateri je Cooper identificiral elemente, potrebne za prevzem DNK in uporabo CRISPR za njeno analizo. »Ker vemo, da je brezcelično DNK mogoče mobilizirati kot signal ali vhod, smo se odločili za inženiring bakterij, ki bi se odzvale na tumorsko DNK ob času in na mestu odkrivanja bolezni,« je dejal Worthley, gastroenterolog in raziskovalec raka pri Klinika za kolonoskopijo v Brisbanu, Avstralija. Raziskovalci so v sodelovanju z avstralskima kolegoma Susan Woods in Josephine Wright oblikovali, zgradili in preizkusili Acinetobacter baylyi kot senzor za identifikacijo DNK iz KRAS, gena, ki je mutiran pri številnih oblikah raka. Bakterijo so programirali s sistemom CRISPR, namenjenim razlikovanju mutantnih od normalnih (nemutiranih) kopij KRAS. To pomeni, da bi preživele samo bakterije, ki so prevzele mutirane oblike KRAS, kot jih najdemo na primer v predrakavih polipih in raku, da bi signalizirale ali se odzvale na bolezen. Bakterije Acinetobacter baylyi obdajajo skupke celic kolorektalnega raka Kot je razvidno iz posode, bakterije Acinetobacter baylyi (zelene) obdajajo skupke celic kolorektalnega raka. (Slika: Josephine Wright) Nova raziskava temelji na prejšnjih idejah, povezanih s horizontalnim prenosom genov, tehniko, ki jo organizmi uporabljajo za premikanje genskega materiala med seboj na način, ki se razlikuje od tradicionalnega genetskega dedovanja od staršev do potomcev. Medtem ko je horizontalni prenos genov splošno znan iz bakterij v bakterije, so raziskovalci dosegli svoj cilj uporabe tega koncepta iz tumorjev sesalcev in človeških celic v bakterije. »Bilo je neverjetno, ko sem pod mikroskopom videl bakterije, ki so prevzele DNK tumorja. Miši s tumorji so zrasle zelene bakterijske kolonije, ki so pridobile sposobnost rasti na ploščah z antibiotiki,« je dejal Wright. Raziskovalci zdaj prilagajajo svojo strategijo bakterijskih biosenzorjev z novimi vezji in različnimi vrstami bakterij za odkrivanje in zdravljenje človeških rakov in okužb. "Obstaja toliko možnosti za ustvarjanje bakterij za preprečevanje raka debelega črevesa in danke, tumorja, ki je potopljen v tok bakterij, kar bi lahko pomagalo ali oviralo njegovo napredovanje," je dejal Woods. Izredni profesor Siddhartha Mukherjee z univerze Columbia, ki ni bil vključen v študijo, je navedel, da bodo v prihodnosti »bolezen zdravile in preprečevale celice, ne tablete. Živa bakterija, ki lahko zazna DNK v črevesju, je izjemna priložnost, da delujemo kot stražar pri iskanju in uničevanju gastrointestinalnih in številnih drugih rakov.” Medtem ko novi izum zahteva nadaljnji razvoj in izboljšave, skupina za sintetično biologijo na UC San Diego še naprej optimizira strategijo naprednih biosenzorjev, je dejal Hasty, ki je povezan z oddelkom za molekularno biologijo UC San Diego, oddelkom za bioinženiring Shu Chien-Gene Lay in Inštitut za sintezno biologijo. "Obstaja prihodnost, v kateri nikomur ne bo treba umreti zaradi kolorektalnega raka," je prepričan Worthley. "Upamo, da bo to delo koristno bioinženirjem, znanstvenikom in v prihodnosti klinikom pri uresničevanju tega cilja."

Časovni žig:

Več od Nanowerk