Ar šūnu, nevis tablešu palīdzību varētu atklāt, novērst un izārstēt daudzas slimības: medicīniskās terapijas nākotne.

Ar šūnu, nevis tablešu palīdzību varētu atklāt, novērst un izārstēt daudzas slimības: medicīniskās terapijas nākotne.

Kompetento baktēriju izmantošana

Jauns pētījums, kas šodien publicēts Science, apraksta, kā zinātnieki ģenētiski modificēja baktērijas, lai veiksmīgi atklātu vēža šūnas. Šis sasniegums varētu palīdzēt uzlabot vēža diagnostiku un potenciāli nodrošināt mērķtiecīgu bioloģisko terapiju nākotnē.

Projekts sākās ar sintētiskā biologa Roba Kūpera runu iknedēļas laboratorijas sanāksmē Kalifornijas Universitātē Sandjego. Kūpers strādāja pie gēnu izpētes un gēnu pārneses baktērijās.

Gēni ir ģenētiskās mantojuma pamatvienības. Cita starpā tās nosaka īpašības, kuras mēs mantojam no saviem vecākiem. Gēnu pārnešana ietver gēnu pārnešanu no vienas šūnas uz otru. Tas var notikt vertikāli, kad šūna dalās un replikē savu DNS, vai horizontāli, kad notiek DNS apmaiņa starp nesaistītām šūnām.

Horizontālā gēnu pārnese ir plaši izplatīta mikrobu pasaulē. Dažas baktērijas var absorbēt gēnus no brīvās DNS savā tiešajā vidē. Tas notiek, kad šūnas mirst un to DNS tiek atbrīvota. Baktērijas var absorbēt šo brīvo DNS savās šūnās un izmantot to, lai evolucionāri pielāgotos.

Šis process ļauj baktērijām izpētīt savu vidi un uzņemt gēnus, kas varētu dot tām priekšrocības. Ideja par ģenētiski modificētām baktērijām, lai atklātu vēzi, ir balstīta uz faktu, ka vēzi nosaka izmaiņas šūnu ģenētiskajā materiālā.

Pētnieki izvēlējās baktēriju Acinetobacter baylyi kā eksperimentālu biosensoru slimību noteikšanai. A. baylyi genoms tika pārveidots, lai saturētu garas DNS sekvences, kas līdzīgas cilvēka vēža gēnam, ko viņi vēlējās notvert. Šīs "komplementārās" DNS sekvences darbojās kā lipīgas virsmas, kur specifisko audzēja genoma DNS varēja integrēt baktēriju genomā.

Svarīgs mērķis bija saglabāt audzēja genoma DNS baktērijās, lai aktivizētu citus gēnus. Šajā gadījumā tas bija antibiotiku rezistences gēns, kas tika izmantots kā signāls vēža noteikšanai. Ja baktērijas varēja augt uz antibiotiku kultūras plāksnēm, to antibiotiku rezistences gēns bija aktīvs, un tas norādīja uz vēža noteikšanu.

Komanda veica virkni eksperimentu, ieviešot jauno baktēriju biosensoru un audzēja šūnas arvien sarežģītākās sistēmās. Pirmkārt, baktērijas tika apstrādātas ar attīrītu audzēja genoma DNS, un biosensors veiksmīgi atklāja audzēja genoma DNS.

Pēc tam baktērijas tika kultivētas kopā ar dzīvām audzēja šūnām, un šeit varēja atpazīt arī audzēja genoma DNS. Visbeidzot, baktērijas tika injicētas dzīvām pelēm, kurām vai nu bija audzēji, vai arī nebija. Peles resnās zarnas vēža modelī biosensori spēja droši atšķirt peles ar resnās zarnas vēzi un bez tās.

Pēc šiem daudzsološajiem rezultātiem baktēriju biosensors tika vēl vairāk uzlabots un tagad var atšķirt atsevišķas bāzes pāru izmaiņas audzēja genoma DNS. Šai tehnoloģijai, ko sauc par CATCH (Cellular Assay for Targeted, CRISPR-Discriminated Horizontal Gene Transfer), ir liels potenciāls, un to nākotnē varētu izmantot, lai noteiktu dažādas slimības, īpaši infekcijas un vēzi.

Taču tehnoloģija vēl nav gatava lietošanai klīnikā. Pētnieki aktīvi strādā pie turpmākās izstrādes, lai uzlabotu DNS noteikšanas efektivitāti un kritiski novērtētu biosensora veiktspēju salīdzinājumā ar citiem diagnostikas testiem. Turklāt ir jāgarantē pacientu un vides drošība.

Tomēr, iespējams, aizraujošākā šūnu medicīnas iespēja nav tikai slimību noteikšana. Biosensorus varētu ieprogrammēt tā, lai tad, kad tiek atklāta noteikta DNS secība, tie varētu izraisīt konkrētu bioloģisko terapiju tieši vietā, kur slimība tiek atklāta reāllaikā.

Šīs novatoriskās tehnoloģijas attīstība ir dažādu zinātnieku un pētnieku veiksmīgas sadarbības rezultāts. Komandas sastāvā bija profesors Džefs Hastijs, doktors Robs Kūpers, asociētā profesore Sjūzena Vudsa un doktore Džozefīne Raita.

Šī pētījuma rezultāti ir daudzsološi, taču ir nepieciešama turpmāka pārbaude, lai apstiprinātu biosensora veiktspēju un izpētītu tā iespējamo pielietojumu klīniskajā praksē. Tomēr šūnu medicīnas nākotne izskatās daudzsološa un var izraisīt revolucionāras izmaiņas slimību diagnostikā un ārstēšanā.

Šis raksts tika pārpublicēts no The Conversation saskaņā ar Creative Commons licenci.