Με τη βοήθεια των κυττάρων αντί των δισκίων, πολλές ασθένειες θα μπορούσαν να ανιχνευθούν, να αποτρέψουν και να θεραπευτούν: το μέλλον της ιατρικής θεραπείας.

Με τη βοήθεια των κυττάρων αντί των δισκίων, πολλές ασθένειες θα μπορούσαν να ανιχνευθούν, να αποτρέψουν και να θεραπευτούν: το μέλλον της ιατρικής θεραπείας.

Αξιοποιώντας τα ικανά βακτήρια

Μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε σήμερα στην Science περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες τροποποιημένες βακτηρίδια για την επιτυχή ανίχνευση καρκινικών κυττάρων. Αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να βοηθήσει στη βελτίωση της διάγνωσης του καρκίνου και ενδεχομένως να επιτρέψει στο μέλλον τις στοχοθετημένες βιολογικές θεραπείες.

Το έργο ξεκίνησε με μια ομιλία του συνθετικού βιολόγου Rob Cooper κατά τη διάρκεια μιας εβδομαδιαίας εργαστηριακής συνάντησης στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας του Σαν Ντιέγκο. Ο Cooper εργάστηκε στη μελέτη των γονιδίων και της μεταφοράς γονιδίων σε βακτήρια.

Τα γονίδια είναι οι βασικές μονάδες της γενετικής κληρονομιάς. Μεταξύ άλλων, καθορίζουν τα χαρακτηριστικά που κληρονομούμε από τους γονείς μας. Η γονιδιακή μεταφορά περιλαμβάνει τη μεταφορά γονιδίων από το ένα κελί σε άλλο. Αυτό μπορεί να συμβεί κάθετα, όταν ένα κύτταρο χωρίζει και επαναλαμβάνει το DNA του ή οριζόντια, όταν το DNA ανταλλάσσεται μεταξύ μη σχετιζόμενων κυττάρων.

Η οριζόντια μεταφορά γονιδίων είναι ευρέως διαδεδομένη στον μικροβιακό κόσμο. Ορισμένα βακτήρια μπορούν να απορροφήσουν γονίδια από το ελεύθερο DNA στο άμεσο περιβάλλον τους. Αυτό συμβαίνει όταν τα κύτταρα πεθαίνουν και το DNA τους απελευθερώνεται. Τα βακτήρια μπορούν να απορροφήσουν αυτό το ελεύθερο DNA στα δικά τους κύτταρα και να το χρησιμοποιήσουν για να προσαρμοστούν εξελικτικά.

Αυτή η διαδικασία επιτρέπει στα βακτήρια να εξερευνήσουν το περιβάλλον τους και να παραλάβουν γονίδια που θα μπορούσαν να τους δώσουν ένα πλεονέκτημα. Η ιδέα πίσω από τη γενετική τροποποίηση των βακτηρίων για την ανίχνευση του καρκίνου βασίζεται στο γεγονός ότι ο καρκίνος ορίζεται από αλλαγές στο γενετικό υλικό των κυττάρων.

Οι ερευνητές επέλεξαν το βακτήριο Acinetobacter Baylyi ως πειραματικό βιοαισθητήρα για την ανίχνευση ασθενειών. Το γονιδίωμα Α. Baylyi τροποποιήθηκε ώστε να περιέχει μακρές αλληλουχίες DNA παρόμοιες με το γονίδιο του καρκίνου του ανθρώπου που ήθελαν να συλλάβουν. Αυτές οι "συμπληρωματικές" αλληλουχίες ϋΝΑ ενεργούσαν ως συγκολλητικές επιφάνειες όπου το συγκεκριμένο DNA του γονιδιώματος του όγκου θα μπορούσε να ενσωματωθεί στο βακτηριακό γονιδίωμα.

Ένας σημαντικός στόχος ήταν να διατηρηθεί το DNA του γονιδιώματος όγκου στο βακτήριο για να ενεργοποιηθεί άλλα γονίδια. Σε αυτή την περίπτωση, ήταν ένα γονίδιο αντίστασης αντιβιοτικών που χρησιμοποιήθηκε ως σήμα για την ανίχνευση του καρκίνου. Εάν τα βακτήρια ήταν σε θέση να αναπτυχθούν σε πλάκες αντιβιοτικής καλλιέργειας, το γονίδιο αντοχής τους αντιβιοτικών ήταν ενεργό και αυτό υποδεικνύει ανίχνευση καρκίνου.

Η ομάδα διεξήγαγε μια σειρά πειραμάτων που εισήγαγαν το νέο βακτηριακό βιοαισθητήρα και τα κύτταρα όγκου σε ολοένα και πιο πολύπλοκα συστήματα. Πρώτον, τα βακτήρια υποβλήθηκαν σε αγωγή με καθαρισμένο γονιδιωματικό DNA όγκου και ο βιοαισθητήρας ανίχνευσε επιτυχώς το γονιδιωματικό DNA του όγκου.

Τα βακτήρια στη συνέχεια καλλιεργήθηκαν μαζί με τα ζωντανά κύτταρα όγκου και το DNA του γονιδιώματος του όγκου θα μπορούσε επίσης να αναγνωριστεί εδώ. Τέλος, τα βακτηρίδια εγχύθηκαν σε ζωντανά ποντίκια, τα οποία είτε είχαν όγκους είτε όχι. Σε ένα μοντέλο ποντικού καρκίνου του παχέος εντέρου, οι βιοαισθητήρες ήταν σε θέση να διακρίνουν αξιόπιστα μεταξύ ποντικών με και χωρίς καρκίνο του παχέος εντέρου.

Μετά από αυτά τα πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα, ο βακτηριακός βιοαισθητήρας βελτιώθηκε περαιτέρω και μπορεί τώρα να διακρίνει τις μεμονωμένες αλλαγές ζεύγους βάσεων εντός του γονιδιωματικού DNA του όγκου. Αυτή η τεχνολογία, που ονομάζεται Catch (κυτταρική δοκιμασία για στοχευμένη, CRISPR-διακριθεί οριζόντια μεταφορά γονιδίων), έχει μεγάλες δυνατότητες και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στο μέλλον για να ανιχνεύσει μια ποικιλία ασθενειών, ιδιαίτερα λοιμώξεις και καρκίνο.

Ωστόσο, η τεχνολογία δεν είναι ακόμη έτοιμη για χρήση στην κλινική. Οι ερευνητές εργάζονται ενεργά για περαιτέρω ανάπτυξη για να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα της ανίχνευσης του DNA και να αξιολογήσουν κριτικά την απόδοση του βιοαισθητήρα σε σύγκριση με άλλες διαγνωστικές εξετάσεις. Επιπλέον, πρέπει να εγγυηθεί η ασφάλεια των ασθενών και το περιβάλλον.

Ωστόσο, ίσως η πιο συναρπαστική προοπτική της κυτταρικής ιατρικής δεν είναι μόνο η ανίχνευση ασθενειών. Οι βιοαισθητήρες θα μπορούσαν να προγραμματιστούν έτσι ώστε όταν ανιχνεύεται μια συγκεκριμένη αλληλουχία του DNA, μπορούν να προκαλέσουν μια συγκεκριμένη βιολογική θεραπεία απευθείας στον τόπο όπου ανιχνεύεται η ασθένεια σε πραγματικό χρόνο.

Η ανάπτυξη αυτής της καινοτόμου τεχνολογίας είναι το αποτέλεσμα της επιτυχούς συνεργασίας μεταξύ διαφόρων επιστημόνων και ερευνητών. Η ομάδα συμπεριλάμβανε τον καθηγητή Jeff Hasty, τον Dr. Rob Cooper, τον αναπληρωτή καθηγητή Susan Woods και τον Dr. Josephine Wright.

Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης είναι πολλά υποσχόμενα, αλλά απαιτούνται περαιτέρω δοκιμές για την επικύρωση της απόδοσης του βιοαισθητήρα και τη διερεύνηση της πιθανής εφαρμογής της στην κλινική πρακτική. Ωστόσο, το μέλλον της κυτταρικής ιατρικής φαίνεται πολλά υποσχόμενο και θα μπορούσε να οδηγήσει σε επαναστατικές αλλαγές στη διάγνωση και τη θεραπεία της νόσου.

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από τη συζήτηση με άδεια Creative Commons.