Tablettide asemel rakkude abil saaks avastada, ennetada ja ravida paljusid haigusi: meditsiinilise teraapia tulevik.

Tablettide asemel rakkude abil saaks avastada, ennetada ja ravida paljusid haigusi: meditsiinilise teraapia tulevik.

Pädevate bakterite võimendamine

Täna ajakirjas Science avaldatud uus uuring kirjeldab, kuidas teadlased geneetiliselt muundatud baktereid vähirakkude edukaks tuvastamiseks. See läbimurre võib aidata parandada vähi diagnoosimist ja võimaldada tulevikus sihipäraseid bioloogilisi ravimeetodeid.

Projekt sai alguse sünteetilise bioloogi Rob Cooperi kõnest iganädalasel laborikoosolekul California ülikoolis San Diegos. Cooper tegeles bakterite geenide ja geeniülekande uurimisega.

Geenid on geneetilise pärandi põhiühikud. Muuhulgas määravad need omadused, mille me oma vanematelt pärime. Geeniülekanne hõlmab geenide ülekandmist ühest rakust teise. See võib ilmneda vertikaalselt, kui rakk jaguneb ja replitseerib oma DNA-d, või horisontaalselt, kui DNA-d vahetatakse sõltumatute rakkude vahel.

Horisontaalne geeniülekanne on mikroobimaailmas laialt levinud. Teatud bakterid võivad oma vahetus keskkonnas olevast vabast DNA-st geene absorbeerida. See juhtub siis, kui rakud surevad ja nende DNA vabaneb. Bakterid võivad absorbeerida selle vaba DNA oma rakkudesse ja kasutada seda evolutsiooniliselt kohanemiseks.

See protsess võimaldab bakteritel oma keskkonda uurida ja koguda geene, mis võiksid neile eelise anda. Idee geneetiliselt modifitseerivate bakterite taga vähi tuvastamiseks põhineb asjaolul, et vähk on määratletud muutustega rakkude geneetilises materjalis.

Teadlased valisid haiguste tuvastamiseks eksperimentaalseks biosensoriks bakteri Acinetobacter baylyi. A. baylyi genoomi muudeti nii, et see sisaldaks pikki DNA järjestusi, mis sarnanesid inimese vähigeeniga, mida nad püüda soovisid. Need "komplementaarsed" DNA järjestused toimisid kleepuvate pindadena, kus spetsiifilist kasvaja genoomi DNA-d sai integreerida bakteri genoomi.

Oluline eesmärk oli hoida kasvaja genoomi DNA bakteris, et aktiveerida teisi geene. Antud juhul oli tegu antibiootikumiresistentsuse geeniga, mida kasutati signaalina vähi tuvastamiseks. Kui bakterid suutsid kasvada antibiootikumikultuuriplaatidel, oli nende antibiootikumiresistentsuse geen aktiivne ja see viitas vähi tuvastamisele.

Meeskond viis läbi mitmeid katseid, mis tutvustasid uusi bakteriaalseid biosensoreid ja kasvajarakke üha keerukamatesse süsteemidesse. Esiteks töödeldi baktereid puhastatud kasvaja genoomse DNA-ga ja biosensor tuvastas edukalt kasvaja genoomse DNA.

Seejärel kultiveeriti baktereid koos elusate kasvajarakkudega ja siin sai ära tunda ka kasvaja genoomi DNA. Lõpuks süstiti baktereid elusatele hiirtele, kellel oli kasvajaid või mitte. Käärsoolevähi hiiremudelis suutsid biosensorid usaldusväärselt eristada käärsoolevähiga ja ilma käärsoolevähita hiiri.

Pärast neid paljutõotavaid tulemusi täiustati bakteriaalset biosensorit veelgi ja see suudab nüüd eristada üksikuid aluspaari muutusi kasvaja genoomses DNA-s. Sellel tehnoloogial, mida nimetatakse CATCH-ks (Cellular Assay for Targeted, CRISPR-Discriminated Horizontal Gene Transfer), on suur potentsiaal ja seda saaks tulevikus kasutada mitmesuguste haiguste, eriti nakkuste ja vähi tuvastamiseks.

Tehnoloogia pole aga veel kliinikus kasutamiseks valmis. Teadlased töötavad aktiivselt edasise arenduse kallal, et parandada DNA tuvastamise efektiivsust ja hinnata kriitiliselt biosensori jõudlust võrreldes teiste diagnostiliste testidega. Lisaks tuleb tagada patsientide ja keskkonna ohutus.

Kuid võib-olla rakumeditsiini kõige põnevam väljavaade ei ole ainult haiguste avastamine. Biosensoreid saab programmeerida nii, et kui tuvastatakse spetsiifiline DNA järjestus, võivad nad käivitada spetsiifilise bioloogilise teraapia otse haiguse tuvastamise kohas.

Selle uuendusliku tehnoloogia väljatöötamine on erinevate teadlaste ja teadlaste eduka koostöö tulemus. Töörühma kuulusid professor Jeff Hasty, dr Rob Cooper, dotsent Susan Woods ja dr Josephine Wright.

Selle uuringu tulemused on paljulubavad, kuid biosensori jõudluse kinnitamiseks ja selle võimaliku rakenduse kliinilises praktikas uurimiseks on vaja täiendavaid katseid. Rakumeditsiini tulevik näib aga paljutõotav ja võib viia murranguliste muutusteni haiguste diagnoosimises ja ravis.

See artikkel avaldati The Conversationist uuesti Creative Commonsi litsentsi alusel.