بمساعدة الخلايا بدلاً من الأقراص، يمكن اكتشاف العديد من الأمراض والوقاية منها وعلاجها: مستقبل العلاج الطبي.

بمساعدة الخلايا بدلاً من الأقراص، يمكن اكتشاف العديد من الأمراض والوقاية منها وعلاجها: مستقبل العلاج الطبي.

الاستفادة من البكتيريا المختصة

تصف دراسة جديدة نُشرت اليوم في مجلة Science كيف قام العلماء بتعديل البكتيريا وراثيًا لاكتشاف الخلايا السرطانية بنجاح. يمكن أن يساعد هذا الإنجاز في تحسين تشخيص السرطان وربما تمكين العلاجات البيولوجية المستهدفة في المستقبل.

بدأ المشروع بمحاضرة ألقاها عالم الأحياء الاصطناعية روب كوبر خلال اجتماع مختبري أسبوعي في جامعة كاليفورنيا، سان دييغو. عمل كوبر على دراسة الجينات ونقل الجينات في البكتيريا.

الجينات هي الوحدات الأساسية للوراثة الجينية. ومن بين أمور أخرى، فهي تحدد الخصائص التي نرثها من آبائنا. يتضمن نقل الجينات نقل الجينات من خلية إلى أخرى. يمكن أن يحدث هذا عموديًا، عندما تنقسم الخلية وتكرر الحمض النووي الخاص بها، أو أفقيًا، عندما يتم تبادل الحمض النووي بين الخلايا غير المرتبطة.

ينتشر نقل الجينات الأفقي في عالم الميكروبات. يمكن لبعض البكتيريا أن تمتص الجينات من الحمض النووي الحر في بيئتها المباشرة. يحدث هذا عندما تموت الخلايا ويتحرر الحمض النووي الخاص بها. يمكن للبكتيريا أن تمتص هذا الحمض النووي الحر في خلاياها وتستخدمه للتكيف التطوري.

تسمح هذه العملية للبكتيريا باستكشاف بيئتها والتقاط الجينات التي يمكن أن تمنحها ميزة. تعتمد الفكرة وراء تعديل البكتيريا وراثيا للكشف عن السرطان على حقيقة أن السرطان يتم تعريفه من خلال التغيرات في المادة الوراثية للخلايا.

اختار الباحثون بكتيريا Acinetobacter baylyi كمستشعر حيوي تجريبي للكشف عن الأمراض. تم تعديل جينوم A. baylyi ليحتوي على تسلسلات طويلة من الحمض النووي مشابهة لجين السرطان البشري الذي أرادوا التقاطه. كانت تسلسلات الحمض النووي "التكميلية" هذه بمثابة أسطح لاصقة حيث يمكن دمج الحمض النووي لجينوم الورم المحدد في الجينوم البكتيري.

كان الهدف المهم هو الحفاظ على الحمض النووي لجينوم الورم في البكتيريا من أجل تنشيط الجينات الأخرى. وفي هذه الحالة، كان الجين المقاوم للمضادات الحيوية هو الذي تم استخدامه كإشارة للكشف عن السرطان. إذا كانت البكتيريا قادرة على النمو على لوحات زراعة المضادات الحيوية، فإن جين مقاومتها للمضادات الحيوية كان نشطًا وهذا يشير إلى اكتشاف السرطان.

أجرى الفريق سلسلة من التجارب لإدخال المستشعر الحيوي البكتيري الجديد والخلايا السرطانية في أنظمة متزايدة التعقيد. أولاً، تمت معالجة البكتيريا بالحمض النووي الجينومي المنقى للورم، ونجح جهاز الاستشعار البيولوجي في اكتشاف الحمض النووي الجينومي للورم.

ثم تمت زراعة البكتيريا مع الخلايا السرطانية الحية ويمكن أيضًا التعرف على الحمض النووي لجينوم الورم هنا. وأخيرًا، تم حقن البكتيريا في الفئران الحية، التي كانت إما مصابة بأورام أو لم تكن مصابة بها. في نموذج فأر مصاب بسرطان القولون، تمكنت أجهزة الاستشعار الحيوية من التمييز بشكل موثوق بين الفئران المصابة بسرطان القولون وغير المصابة.

بعد هذه النتائج الواعدة، تم تحسين جهاز الاستشعار البيولوجي البكتيري بشكل أكبر ويمكنه الآن التمييز بين التغييرات الفردية في زوج القاعدة داخل الحمض النووي الجينومي للورم. تتمتع هذه التكنولوجيا، التي تسمى CATCH (الفحص الخلوي لنقل الجينات الأفقي المستهدف والمميز بتقنية كريسبر)، بإمكانات كبيرة ويمكن استخدامها في المستقبل للكشف عن مجموعة متنوعة من الأمراض، وخاصة الالتهابات والسرطان.

ومع ذلك، فإن التكنولوجيا ليست جاهزة بعد للاستخدام في العيادة. يعمل الباحثون بنشاط على مزيد من التطوير لتحسين كفاءة الكشف عن الحمض النووي وإجراء تقييم نقدي لأداء جهاز الاستشعار البيولوجي مقارنة بالاختبارات التشخيصية الأخرى. وبالإضافة إلى ذلك، يجب ضمان سلامة المرضى والبيئة.

ومع ذلك، ربما يكون الاحتمال الأكثر إثارة في الطب الخلوي لا يقتصر على اكتشاف المرض فحسب. يمكن برمجة أجهزة الاستشعار الحيوية بحيث أنه عند اكتشاف تسلسل معين من الحمض النووي، يمكنها إطلاق علاج بيولوجي محدد مباشرة في الموقع الذي تم اكتشاف المرض فيه في الوقت الفعلي.

إن تطوير هذه التكنولوجيا المبتكرة هو نتيجة للتعاون الناجح بين مختلف العلماء والباحثين. ضم الفريق البروفيسور جيف هيستي، والدكتور روب كوبر، والأستاذ المشارك سوزان وودز، والدكتورة جوزفين رايت.

نتائج هذه الدراسة واعدة، ولكن هناك حاجة إلى مزيد من الاختبارات للتحقق من صحة أداء جهاز الاستشعار البيولوجي واستكشاف تطبيقه المحتمل في الممارسة السريرية. ومع ذلك، فإن مستقبل الطب الخلوي يبدو واعدًا ويمكن أن يؤدي إلى تغييرات ثورية في تشخيص الأمراض وعلاجها.

تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation بموجب ترخيص المشاع الإبداعي.