นักวิจัยออกแบบแบคทีเรียที่สามารถตรวจจับ DNA ของเนื้องอกได้

นักวิจัยออกแบบแบคทีเรียที่สามารถตรวจจับ DNA ของเนื้องอกได้

Time Stamp: 12 สิงหาคม 2023 6:52
โหนดต้นทาง: 2820250
12 ส.ค. 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานดิเอโกและเพื่อนร่วมงานในออสเตรเลียก้าวเข้าสู่บทใหม่ของเซนเซอร์ทางชีววิทยาที่ล้ำหน้าทางเทคโนโลยีได้ออกแบบแบคทีเรียที่สามารถตรวจจับการมีอยู่ของ DNA ของเนื้องอกในสิ่งมีชีวิตได้ นวัตกรรมของพวกเขาซึ่งตรวจจับมะเร็งในลำไส้ใหญ่ของหนู สามารถปูทางไปสู่ไบโอเซนเซอร์ตัวใหม่ที่สามารถระบุการติดเชื้อ มะเร็ง และโรคอื่นๆ ได้ ความก้าวหน้ามีอธิบายไว้ในวารสาร วิทยาศาสตร์ (“แบคทีเรียวิศวกรรมตรวจจับ DNA ของเนื้องอก”). ก่อนหน้านี้แบคทีเรียได้รับการออกแบบเพื่อทำหน้าที่วินิจฉัยและรักษาที่หลากหลาย แต่ขาดความสามารถในการระบุลำดับดีเอ็นเอและการกลายพันธุ์ภายนอกเซลล์ “Cellular Assay สำหรับการถ่ายโอนยีนแนวนอนแบบเลือกปฏิบัติแบบ CRISPR แบบกำหนดเป้าหมาย” หรือ “CATCH” ใหม่ ได้รับการออกแบบมาเพื่อทำเช่นนั้น “เมื่อเราเริ่มโครงการนี้เมื่อสี่ปีที่แล้ว เราไม่แน่ใจด้วยซ้ำว่าการใช้แบคทีเรียเป็นเซ็นเซอร์สำหรับ DNA ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะเป็นไปได้ด้วยซ้ำ” Jeff Hasty หัวหน้าทีมวิทยาศาสตร์ ศาสตราจารย์จาก UC San Diego School of Biological Sciences และ โรงเรียนวิศวกรรมจาคอบส์ “การตรวจหามะเร็งทางเดินอาหารและรอยโรคก่อนมะเร็งเป็นโอกาสทางคลินิกที่น่าสนใจในการนำสิ่งประดิษฐ์นี้ไปใช้” เป็นที่ทราบกันว่าเนื้องอกจะกระจายหรือหลั่ง DNA ของพวกมันออกสู่สิ่งแวดล้อมรอบตัว เทคโนโลยีจำนวนมากสามารถวิเคราะห์ DNA บริสุทธิ์ในห้องปฏิบัติการได้ แต่เทคโนโลยีเหล่านี้ไม่สามารถตรวจจับ DNA ได้ที่ปล่อยออกมา ภายใต้กลยุทธ์ CATCH นักวิจัยได้ออกแบบแบคทีเรียโดยใช้เทคโนโลยี CRISPR เพื่อทดสอบลำดับดีเอ็นเอที่ลอยอย่างอิสระในระดับจีโนม และเปรียบเทียบตัวอย่างเหล่านั้นกับลำดับมะเร็งที่กำหนดไว้ล่วงหน้า

[เนื้อหาฝัง]

เทคโนโลยี CATCH สร้างเซลล์เพื่อตรวจจับและแยกแยะ DNA ที่ไม่มีเซลล์ สิ่งนี้อาจมีคุณค่าทางคลินิก (มะเร็งและการติดเชื้อ) และเชิงพาณิชย์ (นิเวศวิทยา อุตสาหกรรม (การใช้งาน - ทุกที่และทุกเวลา การตรวจหา DNA มีคุณค่า) “แบคทีเรียจำนวนมากสามารถรับ DNA จากสิ่งแวดล้อมได้ ซึ่งเป็นทักษะที่เรียกว่าความสามารถตามธรรมชาติ” Rob Cooper ผู้เขียนร่วมคนแรกของการศึกษาวิจัยและนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันชีววิทยาสังเคราะห์ของ UC San Diego กล่าว Hasty, Cooper และแพทย์ชาวออสเตรเลีย Dan Worthley ร่วมมือกันเกี่ยวกับแนวคิดเรื่องความสามารถตามธรรมชาติที่เกี่ยวข้องกับแบคทีเรียและมะเร็งลำไส้ใหญ่ ซึ่งเป็นสาเหตุอันดับที่สามของการเสียชีวิตจากโรคมะเร็งในสหรัฐอเมริกา พวกเขาเริ่มกำหนดความเป็นไปได้ของแบคทีเรียเชิงวิศวกรรมซึ่งแพร่หลายอยู่แล้วในลำไส้ใหญ่ในฐานะไบโอเซนเซอร์ตัวใหม่ที่สามารถนำมาใช้ภายในลำไส้เพื่อตรวจจับ DNA ที่ปล่อยออกมาจากเนื้องอกของลำไส้ใหญ่และทวารหนัก พวกเขามุ่งเน้นไปที่ อะซิเนโทแบคเตอร์ เบย์ลี่ซึ่งเป็นแบคทีเรียที่คูเปอร์ระบุองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับทั้งการรับ DNA และใช้ CRISPR ในการวิเคราะห์ “การรู้ว่า DNA ที่ไร้เซลล์สามารถระดมเป็นสัญญาณหรือข้อมูลนำเข้าได้ เราจึงเริ่มออกแบบแบคทีเรียที่จะตอบสนองต่อ DNA ของเนื้องอก ณ เวลาและสถานที่ที่ตรวจพบโรค” Worthley แพทย์ระบบทางเดินอาหารและนักวิจัยด้านมะเร็งกล่าว คลินิกส่องกล้องลำไส้ใหญ่ในเมืองบริสเบน ประเทศออสเตรเลีย การทำงานร่วมกับเพื่อนร่วมงานชาวออสเตรเลีย Susan Woods และ Josephine Wright นักวิจัยได้ออกแบบ สร้าง และทดสอบ อะซิเนโทแบคเตอร์ เบย์ลี่ เป็นเซ็นเซอร์ในการระบุ DNA จาก KRAS ซึ่งเป็นยีนที่กลายพันธุ์ในมะเร็งหลายชนิด พวกเขาตั้งโปรแกรมแบคทีเรียด้วยระบบ CRISPR ที่ออกแบบมาเพื่อแยกแยะการกลายพันธุ์จากสำเนา KRAS ปกติ (ไม่กลายพันธุ์) ซึ่งหมายความว่าเฉพาะแบคทีเรียที่ได้รับ KRAS ในรูปแบบกลายพันธุ์ เช่น ที่พบในติ่งเนื้อและมะเร็งที่เป็นมะเร็ง เท่านั้นที่จะอยู่รอดเพื่อส่งสัญญาณหรือตอบสนองต่อโรคได้ แบคทีเรีย Acinetobacter baylyi ล้อมรอบกลุ่มของเซลล์มะเร็งลำไส้ใหญ่และทวารหนัก เท่าที่เห็นในจาน แบคทีเรีย Acinetobacter baylyi (สีเขียว) ล้อมรอบกลุ่มเซลล์มะเร็งลำไส้ใหญ่ งานวิจัยใหม่นี้อิงจากแนวคิดก่อนหน้านี้ที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนยีนแนวนอน ซึ่งเป็นเทคนิคที่สิ่งมีชีวิตใช้เพื่อเคลื่อนย้ายสารพันธุกรรมระหว่างกันในลักษณะที่แตกต่างจากการถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบพ่อแม่สู่ลูกแบบดั้งเดิม แม้ว่าการถ่ายโอนยีนในแนวนอนเป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายจากแบคทีเรียสู่แบคทีเรีย นักวิจัยก็บรรลุเป้าหมายในการนำแนวคิดนี้จากเนื้องอกของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและเซลล์ของมนุษย์ไปใช้กับแบคทีเรีย “มันเหลือเชื่อมากเมื่อฉันเห็นแบคทีเรียที่ดูดซับ DNA ของเนื้องอกไว้ใต้กล้องจุลทรรศน์ หนูที่มีเนื้องอกจะเติบโตในอาณานิคมของแบคทีเรียสีเขียวที่ได้รับความสามารถในการเติบโตบนแผ่นยาปฏิชีวนะ” ไรท์กล่าว ขณะนี้นักวิจัยกำลังปรับกลยุทธ์ไบโอเซนเซอร์ของแบคทีเรียด้วยวงจรใหม่และแบคทีเรียประเภทต่างๆ เพื่อตรวจจับและรักษามะเร็งและการติดเชื้อในมนุษย์ “มีศักยภาพมากมายในการสร้างแบคทีเรียเพื่อป้องกันมะเร็งลำไส้ใหญ่ ซึ่งเป็นเนื้องอกที่แช่อยู่ในกระแสแบคทีเรีย ที่สามารถช่วยหรือขัดขวางการลุกลามของมะเร็งได้” วูดส์กล่าว รองศาสตราจารย์สิทธัตถะ มุกเคอร์จี แห่งมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษานี้ ระบุว่าในอนาคต “โรคจะได้รับการรักษาและป้องกันโรคด้วยเซลล์ ไม่ใช่ยาเม็ด” แบคทีเรียที่มีชีวิตซึ่งสามารถตรวจจับ DNA ในลำไส้ได้นั้นเป็นโอกาสอันยิ่งใหญ่ที่จะทำหน้าที่เป็นผู้พิทักษ์ในการค้นหาและทำลายมะเร็งในทางเดินอาหารและมะเร็งอื่น ๆ อีกมากมาย” แม้ว่าสิ่งประดิษฐ์ใหม่นี้จำเป็นต้องมีการพัฒนาและปรับปรุงเพิ่มเติม ทีมชีววิทยาสังเคราะห์ที่ UC San Diego ยังคงเพิ่มประสิทธิภาพกลยุทธ์ไบโอเซนเซอร์ขั้นสูงต่อไป Hasty ซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับ Department of Molecular Biology ของ UC San Diego, Shu Chien-Gene Lay Department of Bioengineering และ สถาบันชีววิทยาสังเคราะห์. “มีอนาคตที่ไม่มีใครจำเป็นต้องเสียชีวิตด้วยโรคมะเร็งลำไส้ใหญ่” เวิร์ธลีย์เชื่อ “เราหวังว่างานนี้จะเป็นประโยชน์ต่อวิศวกรชีวภาพ นักวิทยาศาสตร์ และแพทย์ในอนาคต ในการบรรลุเป้าหมายนี้”

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก นาโนเวิร์ค