Các nhà nghiên cứu chế tạo vi khuẩn có thể phát hiện DNA khối u

Các nhà nghiên cứu chế tạo vi khuẩn có thể phát hiện DNA khối u

Dấu thời gian: 12:2023 sáng ngày 6 tháng 52 năm XNUMX
Nút nguồn: 2820250
12/2023/XNUMX (Tin tức Nanowerk) Bước sang một chương mới của công nghệ cảm biến sinh học tiên tiến, các nhà khoa học từ Đại học California San Diego và các đồng nghiệp của họ ở Úc đã chế tạo vi khuẩn có thể phát hiện sự hiện diện của DNA khối u trong một sinh vật sống. Cải tiến của họ, phát hiện ung thư trong ruột kết của chuột, có thể mở đường cho các cảm biến sinh học mới có khả năng xác định các bệnh nhiễm trùng, ung thư và các bệnh khác. Sự tiến bộ được mô tả trong tạp chí Khoa học (“Vi khuẩn được thiết kế phát hiện DNA khối u”). Vi khuẩn trước đây được thiết kế để thực hiện các chức năng chẩn đoán và điều trị khác nhau, nhưng thiếu khả năng xác định các trình tự DNA cụ thể và các đột biến bên ngoài tế bào. “Xét nghiệm tế bào mới để chuyển gen ngang được phân biệt bằng CRISPR có mục tiêu” hoặc “CATCH” được thiết kế để thực hiện điều đó. Trưởng nhóm khoa học Jeff Hasty, giáo sư tại Trường Khoa học Sinh học UC San Diego cho biết: “Khi chúng tôi bắt đầu dự án này bốn năm trước, chúng tôi thậm chí còn không chắc liệu việc sử dụng vi khuẩn làm cảm biến DNA của động vật có vú có khả thi hay không. Trường Kỹ thuật Jacobs. “Việc phát hiện ung thư đường tiêu hóa và tổn thương tiền ung thư là một cơ hội lâm sàng hấp dẫn để áp dụng phát minh này.” Các khối u được biết là phân tán hoặc thải ra DNA của chúng vào môi trường xung quanh chúng. Nhiều công nghệ có thể phân tích DNA tinh khiết trong phòng thí nghiệm, nhưng những công nghệ này không thể phát hiện DNA ở nơi nó được giải phóng. Theo chiến lược CATCH, các nhà nghiên cứu đã biến đổi vi khuẩn bằng công nghệ CRISPR để kiểm tra trình tự DNA trôi nổi tự do ở cấp độ bộ gen và so sánh các mẫu đó với trình tự ung thư đã xác định trước.

[Nhúng nội dung]

Công nghệ CATCH thiết kế các tế bào để phát hiện và phân biệt DNA không có tế bào. Điều này có thể có giá trị trong lâm sàng (ung thư và nhiễm trùng) và thương mại (sinh thái, công nghiệp (ứng dụng – bất cứ ở đâu và bất cứ khi nào, việc phát hiện DNA đều có giá trị. Rob Cooper, đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu và là nhà khoa học tại Viện Sinh học Tổng hợp của UC San Diego cho biết: “Nhiều vi khuẩn có thể lấy DNA từ môi trường của chúng, một kỹ năng được gọi là năng lực tự nhiên. Hasty, Cooper và bác sĩ người Úc Dan Worthley đã hợp tác về ý tưởng về năng lực tự nhiên liên quan đến vi khuẩn và ung thư đại trực tràng, nguyên nhân gây tử vong do ung thư đứng hàng thứ ba ở Hoa Kỳ. Họ bắt đầu hình thành khả năng của vi khuẩn kỹ thuật, vốn đã phổ biến trong ruột kết, như những cảm biến sinh học mới có thể được triển khai bên trong ruột để phát hiện DNA được giải phóng từ các khối u đại trực tràng. Họ tập trung vào Acinetobacter baylyi, một loại vi khuẩn mà Cooper đã xác định được các yếu tố cần thiết cho cả việc lấy DNA và sử dụng CRISPR để phân tích nó. “Biết rằng DNA không có tế bào có thể được huy động như một tín hiệu hoặc đầu vào, chúng tôi bắt đầu chế tạo vi khuẩn có thể phản ứng với DNA của khối u tại thời điểm và địa điểm phát hiện bệnh,” Worthley, nhà nghiên cứu về bệnh tiêu hóa và ung thư của Viện nghiên cứu cho biết. Phòng khám Nội soi Đại tràng ở Brisbane, Úc. Làm việc với các đồng nghiệp người Úc Susan Woods và Josephine Wright, các nhà nghiên cứu đã thiết kế, xây dựng và thử nghiệm Acinetobacter baylyi như một cảm biến để xác định DNA từ KRAS, một gen bị đột biến trong nhiều bệnh ung thư. Họ đã lập trình vi khuẩn bằng một hệ thống CRISPR được thiết kế để phân biệt đột biến với các bản sao KRAS bình thường (không đột biến). Điều này có nghĩa là chỉ những vi khuẩn đã sử dụng các dạng KRAS đột biến, chẳng hạn như được tìm thấy trong các khối u tiền ung thư và ung thư, mới có thể sống sót để phát tín hiệu hoặc phản ứng với căn bệnh này. Vi khuẩn Acinetobacter baylyi bao quanh các khối tế bào ung thư đại trực tràng Như đã thấy trong một cái đĩa, vi khuẩn Acinetobacter baylyi (màu xanh lá cây) bao quanh các khối tế bào ung thư đại trực tràng. (Hình ảnh: Josephine Wright) Nghiên cứu mới dựa trên những ý tưởng trước đây liên quan đến chuyển gen ngang, một kỹ thuật được các sinh vật sử dụng để di chuyển vật liệu di truyền giữa các sinh vật khác theo cách khác với di truyền truyền thống từ cha mẹ sang con cái. Trong khi chuyển gen ngang được biết đến rộng rãi từ vi khuẩn sang vi khuẩn, các nhà nghiên cứu đã đạt được mục tiêu áp dụng khái niệm này từ khối u động vật có vú và tế bào người vào vi khuẩn. “Thật không thể tin được khi tôi nhìn thấy vi khuẩn đã lấy DNA của khối u dưới kính hiển vi. Wright cho biết những con chuột có khối u đã phát triển các khuẩn lạc màu xanh lá cây có khả năng phát triển trên các đĩa kháng sinh. Các nhà nghiên cứu hiện đang điều chỉnh chiến lược cảm biến sinh học vi khuẩn của họ với các mạch mới và các loại vi khuẩn khác nhau để phát hiện và điều trị bệnh ung thư và nhiễm trùng ở người. Woods cho biết: “Có rất nhiều tiềm năng để chế tạo vi khuẩn để ngăn ngừa ung thư đại trực tràng, một khối u được ngâm trong dòng vi khuẩn, có thể giúp hoặc cản trở sự tiến triển của nó. Phó giáo sư Siddhartha Mukherjee của Đại học Columbia, người không tham gia nghiên cứu, chỉ ra rằng trong tương lai, “bệnh tật sẽ được điều trị và ngăn ngừa bằng tế bào chứ không phải bằng thuốc. Một loại vi khuẩn sống có thể phát hiện DNA trong ruột là một cơ hội to lớn để hoạt động như một lính canh tìm kiếm và tiêu diệt ung thư đường tiêu hóa và nhiều bệnh ung thư khác.” Mặc dù phát minh mới đòi hỏi sự phát triển và hoàn thiện hơn nữa, nhóm sinh học tổng hợp tại UC San Diego vẫn tiếp tục tối ưu hóa chiến lược cảm biến sinh học tiên tiến, Hasty, người có liên kết với Khoa Sinh học Phân tử của UC San Diego, Khoa Kỹ thuật Sinh học Shu Chien-Gene Lay và Khoa Kỹ thuật Sinh học Shu Chien-Gene Lay cho biết. Viện Sinh học tổng hợp. Worthley tin rằng: “Có một tương lai mà không ai cần phải chết vì ung thư đại trực tràng. “Chúng tôi hy vọng rằng công việc này sẽ hữu ích cho các nhà kỹ thuật sinh học, các nhà khoa học và trong tương lai là các bác sĩ lâm sàng để theo đuổi mục tiêu này.”

Dấu thời gian:

Thêm từ công trình nano