Forskare konstruerar bakterier som kan upptäcka tumör-DNA

Forskare konstruerar bakterier som kan upptäcka tumör-DNA

Tidsstämpel: 12 augusti 2023 6:52
Källnod: 2820250
12 augusti 2023 (Nanowerk Nyheter) Genom att driva in i ett nytt kapitel av teknologiskt avancerade biologiska sensorer, har forskare från University of California San Diego och deras kollegor i Australien konstruerat bakterier som kan upptäcka närvaron av tumör-DNA i en levande organism. Deras innovation, som upptäckte cancer i tjocktarmen hos möss, kan bana väg för nya biosensorer som kan identifiera olika infektioner, cancer och andra sjukdomar. Avancemanget beskrivs i journalen Vetenskap ("Konstruerade bakterier upptäcker tumör-DNA"). Bakterier har tidigare designats för att utföra olika diagnostiska och terapeutiska funktioner, men saknade förmågan att identifiera specifika DNA-sekvenser och mutationer utanför celler. Den nya "cellulära analysen för riktad CRISPR-diskriminerad horisontell genöverföring" eller "CATCH" designades för att göra just det. "När vi började med det här projektet för fyra år sedan, var vi inte ens säkra på om det ens var möjligt att använda bakterier som en sensor för däggdjurs-DNA", säger den vetenskapliga teamledaren Jeff Hasty, professor vid UC San Diego School of Biological Sciences och Jacobs School of Engineering. "Detekteringen av gastrointestinala cancerformer och precancerösa lesioner är en attraktiv klinisk möjlighet att tillämpa denna uppfinning." Tumörer är kända för att sprida eller sprida sitt DNA i miljöerna som omger dem. Många tekniker kan analysera renat DNA i labbet, men dessa kan inte upptäcka DNA där det frigörs. Under CATCH-strategin konstruerade forskarna bakterier med hjälp av CRISPR-teknologi för att testa fritt flytande DNA-sekvenser på en genomisk nivå och jämföra dessa prover med förutbestämda cancersekvenser.

[Inbäddat innehåll]

CATCH-tekniken konstruerar celler för att upptäcka och urskilja cellfritt DNA. Detta kan vara av värde i klinisk (cancer och infektion) och kommersiell (ekologi, industriell( applikationer – var och närhelst, detektion av DNA är värdefullt. "Många bakterier kan ta upp DNA från sin miljö, en färdighet som kallas naturlig kompetens", säger Rob Cooper, studiens första författare och en forskare vid UC San Diegos Synthetic Biology Institute. Hasty, Cooper och australiensiska läkaren Dan Worthley samarbetade kring idén om naturlig kompetens i relation till bakterier och kolorektal cancer, den tredje ledande orsaken till cancerrelaterad död i USA. De började formulera möjligheten att konstruera bakterier, som redan är vanliga i tjocktarmen, som nya biosensorer som kunde sättas in i tarmen för att upptäcka DNA som frigörs från kolorektala tumörer. De fokuserade på Acinetobacter baylyi, en bakterie där Cooper identifierade de beståndsdelar som var nödvändiga för att både ta upp DNA och använda CRISPR för att analysera det. "När vi vet att cellfritt DNA kan mobiliseras som en signal eller en ingång, satte vi oss för att konstruera bakterier som skulle svara på tumör-DNA vid tidpunkten och platsen för sjukdomsdetektering", säger Worthley, en gastroenterolog och cancerforskare med Koloskopiklinik i Brisbane, Australien. I samarbete med de australiska kollegorna Susan Woods och Josephine Wright designade, byggde och testade forskarna Acinetobacter baylyi som en sensor för att identifiera DNA från KRAS, en gen som är muterad i många cancerformer. De programmerade bakterien med ett CRISPR-system utformat för att skilja mutant från normala (icke-muterade) kopior av KRAS. Detta innebär att endast bakterier som hade tagit upp muterade former av KRAS, som till exempel finns i precancerösa polyper och cancer, skulle överleva för att signalera eller svara på sjukdomen. Bakterier Acinetobacter baylyi omger klumpar av kolorektala cancerceller Som sett i en maträtt omger Acinetobacter baylyi (gröna) bakterier klumpar av kolorektala cancerceller. (Bild: Josephine Wright) Den nya forskningen är baserad på tidigare idéer relaterade till horisontell genöverföring, en teknik som används av organismer för att flytta genetiskt material mellan varandra på ett sätt som skiljer sig från traditionellt genetiskt arv från föräldrar till avkomma. Medan horisontell genöverföring är allmänt känd från bakterier till bakterier, uppnådde forskarna sitt mål att tillämpa detta koncept från däggdjurstumörer och mänskliga celler i bakterier. "Det var otroligt när jag såg bakterierna som hade tagit upp tumör-DNA under mikroskopet. Mössen med tumörer växte gröna bakteriekolonier som hade förvärvat förmågan att växa på antibiotikaplattor, säger Wright. Forskarna anpassar nu sin bakteriebiosensorstrategi med nya kretsar och olika typer av bakterier för att upptäcka och behandla cancer och infektioner hos människor. "Det finns så mycket potential att konstruera bakterier för att förhindra kolorektal cancer, en tumör som är nedsänkt i en ström av bakterier, som kan hjälpa eller hindra dess utveckling," sa Woods. Docent Siddhartha Mukherjee vid Columbia University, som inte var inblandad i studien, indikerade att i framtiden "kommer sjukdomen att behandlas och förebyggas av celler, inte piller. En levande bakterie som kan upptäcka DNA i tarmen är en fantastisk möjlighet att fungera som en vaktpost för att söka och förstöra mag-tarm- och många andra cancerformer." Även om den nya uppfinningen kräver ytterligare utveckling och förfining, fortsätter det syntetiska biologiteamet vid UC San Diego att optimera den avancerade biosensorstrategin, säger Hasty, som har anknytning till UC San Diegos avdelning för molekylärbiologi, Shu Chien-Gene Lay Department of Bioengineering och Syntetbiologiska institutet. "Det finns en framtid där ingen behöver dö av kolorektal cancer," tror Worthley. "Vi hoppas att detta arbete kommer att vara användbart för bioingenjörer, forskare och, i framtiden, kliniker, i jakten på detta mål."

Tidsstämpel:

Mer från Nanoverk