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

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

Αξιοποιώντας τα ικανά βακτήρια

Μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιστήμη σήμερα περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες έχουν αλλάξει γενετικά βακτήρια για να αναγνωρίσουν με επιτυχία τα καρκινικά κύτταρα. Αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να βοηθήσει στη βελτίωση της διάγνωσης του καρκίνου και να επιτρέψει στο μέλλον τις στοχοθετημένες βιολογικές θεραπείες.

Το έργο ξεκίνησε με διάλεξη από τον συνθετικό βιολόγο Rob Cooper κατά τη διάρκεια εβδομαδιαίας εργαστηριακής συνάντησης στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο. Ο Cooper ασχολήθηκε με την εξέταση των γονιδίων και τη μεταφορά γονιδίων στα βακτήρια.

Τα γονίδια είναι οι βασικές μονάδες της γενετικής κληρονομιάς. Μεταξύ άλλων, καθορίζουν τα χαρακτηριστικά που κληρονομούμε από τους γονείς μας. Κατά τη διάρκεια της μεταφοράς γονιδίων, τα γονίδια μεταφέρονται από το ένα κελί σε άλλο. Αυτό μπορεί να είναι κατακόρυφα εάν ένα κύτταρο μοιράζεται το ίδιο και αναπαράγει το DNA του ή οριζόντια όταν το DNA ανταλλάσσεται μεταξύ μη σχετιζόμενων κυττάρων.

Η οριζόντια μεταφορά των κυρίων είναι ευρέως διαδεδομένη στον μικροβιακό κόσμο. Ορισμένα βακτήρια μπορούν να απορροφήσουν γονίδια από το ελεύθερο DNA από την άμεση γειτνίαση. Αυτό συμβαίνει όταν τα κύτταρα πεθαίνουν και το DNA τους απελευθερώνεται. Τα βακτήρια μπορούν να περιλαμβάνουν αυτά τα ελεύθερα DNA στα δικά τους κύτταρα και να τα χρησιμοποιήσουν για να προσαρμοστούν εξελικτικά.

Αυτή η διαδικασία επιτρέπει στα βακτήρια να εξερευνήσουν το περιβάλλον τους και να καταγράφουν γονίδια που θα μπορούσαν να τους προσφέρουν ένα πλεονέκτημα. Η ιδέα πίσω από τη γενετική αλλαγή 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 αισθητήρα δοκιμής BIOS για την αναγνώριση των ασθενειών. Το γονιδίωμα του Α. Baylyi τροποποιήθηκε με τέτοιο τρόπο ώστε να περιείχε μακρές αλληλουχίες DNA που μοιάζουν με εκείνες του ανθρώπινου καρκίνου που ήθελαν να κατανοήσουν. Αυτές οι "συμπληρωματικές" αλληλουχίες ϋΝΑ ενεργούσαν ως συγκολλητικές περιοχές στις οποίες το συγκεκριμένο ϋΝΑ του ογκοκουσώματος θα μπορούσε να ενσωματωθεί στο γονιδίωμα των βακτηρίων.

Ένας σημαντικός στόχος ήταν να διατηρηθεί ο όγκος του βακτηρίου στο βακτήριο για να ενεργοποιήσει άλλα γονίδια. Σε αυτή την περίπτωση, ήταν ένα γονίδιο αντίστασης αντιβιοτικών που χρησιμοποιήθηκε ως σήμα για την ανίχνευση του καρκίνου. Εάν τα βακτηρίδια ήταν σε θέση να αναπτυχθούν σε πλάκες αντιβιοτικής καλλιέργειας, το γονίδιο αντοχής τους αντιβιοτικής ήταν ενεργό και αυτό έδειξε ότι η ανίχνευση του καρκίνου.

Η ομάδα πραγματοποίησε ορισμένα πειράματα στα οποία οι νέοι βακτηριακοί βιοαισθητήρες και τα κύτταρα όγκου μεταφέρθηκαν σε όλο και πιο πολύπλοκα συστήματα. Πρώτον, τα βακτηρίδια υποβλήθηκαν σε αγωγή με καθαρισμένο όγκο-ϋΝΑ και ο βιοαισθητήρας αναγνώρισε επιτυχώς το ϋΝΑ του ογκουσώματος.

Στη συνέχεια, τα βακτηρίδια εκτρέφονταν μαζί με τα ζωντανά κύτταρα όγκου και εδώ θα μπορούσε να αναγνωριστεί το ϋΝΑ όγκου. Τέλος, τα βακτήρια εγχύθηκαν σε ζωντανά ποντίκια που είτε είχαν όγκους είτε όχι. Σε ένα μοντέλο ποντικού για καρκίνο του παχέος εντέρου, οι βιοαισθητήρες διακρίθηκαν αξιόπιστα μεταξύ ποντικών με και χωρίς καρκίνο του παχέος εντέρου.

Σύμφωνα με αυτά τα πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα, ο αισθητήρας βακτηρίων BIOS έχει βελτιωθεί περαιτέρω και μπορεί τώρα να διακρίνει τις μεμονωμένες αλλαγές ζεύγους βάσεων εντός του Tumorgomom DNA. 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 αναγνωρίσει μια ποικιλία ασθενειών, ειδικά λοιμώξεων και καρκίνου.

Ωστόσο, η τεχνολογία δεν είναι ακόμη έτοιμη για χρήση στην κλινική. Οι ερευνητές εργάζονται ενεργά για την περαιτέρω ανάπτυξη προκειμένου να βελτιωθούν η 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.

Η πιο συναρπαστική προοπτική της κυτταρικής ιατρικής δεν είναι μόνο η ανίχνευση ασθενειών. Οι βιολογικοί αισθητήρες θα μπορούσαν να προγραμματιστούν με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούν να προκαλέσουν συγκεκριμένη βιολογική θεραπεία όταν αναγνωρίζεται η αλληλουχία του DNA, απευθείας στο σημείο όπου η ασθένεια αναγνωρίζεται σε πραγματικό χρόνο.

Η ανάπτυξη αυτής της καινοτόμου τεχνολογίας είναι το αποτέλεσμα της επιτυχούς συνεργασίας μεταξύ διαφορετικών 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 για την έρευνα 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 των ασθενειών.

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