Met behulp van cellen in plaats van tabletten zouden veel ziekten kunnen worden opgespoord, voorkomen en genezen: de toekomst van medische therapie.

Met behulp van cellen in plaats van tabletten zouden veel ziekten kunnen worden opgespoord, voorkomen en genezen: de toekomst van medische therapie.

Het benutten van competente bacteriën

Een nieuwe studie die vandaag in Science is gepubliceerd, beschrijft hoe wetenschappers bacteriën genetisch hebben gemodificeerd om met succes kankercellen te detecteren. Deze doorbraak zou de diagnose van kanker kunnen helpen verbeteren en in de toekomst mogelijk gerichte biologische therapieën mogelijk maken.

Het project begon met een lezing door synthetisch bioloog Rob Cooper tijdens een wekelijkse laboratoriumbijeenkomst aan de Universiteit van Californië, San Diego. Cooper werkte aan de studie van genen en genoverdracht in bacteriën.

Genen zijn de basiseenheden van genetische overerving. Ze bepalen onder meer de kenmerken die we van onze ouders erven. Genoverdracht omvat het overbrengen van genen van de ene cel naar de andere. Dit kan verticaal gebeuren, wanneer een cel zijn DNA deelt en repliceert, of horizontaal, wanneer DNA wordt uitgewisseld tussen niet-verwante cellen.

Horizontale genoverdracht is wijdverbreid in de microbiële wereld. Bepaalde bacteriën kunnen genen uit het vrije DNA in hun directe omgeving opnemen. Dit gebeurt wanneer cellen afsterven en hun DNA vrijkomt. Bacteriën kunnen dit vrije DNA in hun eigen cellen opnemen en gebruiken om zich evolutionair aan te passen.

Door dit proces kunnen bacteriën hun omgeving verkennen en genen oppikken die hen een voordeel kunnen opleveren. Het idee achter het genetisch modificeren van bacteriën om kanker op te sporen is gebaseerd op het feit dat kanker wordt gedefinieerd door veranderingen in het genetische materiaal van cellen.

De onderzoekers kozen voor de bacterie Acinetobacter baylyi als experimentele biosensor om ziekten op te sporen. Het A. baylyi-genoom werd aangepast om lange DNA-sequenties te bevatten die vergelijkbaar waren met het menselijke kankergen dat ze wilden vangen. Deze “complementaire” DNA-sequenties fungeerden als hechtoppervlakken waar het specifieke tumorgenoom-DNA in het bacteriële genoom kon worden geïntegreerd.

Een belangrijk doel was om het tumorgenoom-DNA in de bacterie te houden om zo andere genen te activeren. In dit geval ging het om een ​​gen voor antibioticaresistentie dat werd gebruikt als signaal om kanker op te sporen. Als de bacteriën op antibioticakweekplaten konden groeien, was hun antibioticaresistentiegen actief en dit duidde op kankerdetectie.

Het team voerde een reeks experimenten uit waarbij de nieuwe bacteriële biosensor en tumorcellen in steeds complexere systemen werden geïntroduceerd. Eerst werden de bacteriën behandeld met gezuiverd tumorgenomisch DNA en de biosensor detecteerde met succes het tumorgenomisch DNA.

De bacteriën werden vervolgens samen met levende tumorcellen gekweekt en ook hier kon het tumorgenoom-DNA worden herkend. Ten slotte werden de bacteriën geïnjecteerd in levende muizen, die al dan niet tumoren hadden. In een muismodel van darmkanker konden de biosensoren op betrouwbare wijze onderscheid maken tussen muizen met en zonder darmkanker.

Na deze veelbelovende resultaten werd de bacteriële biosensor verder verbeterd en kan nu individuele basenpaarveranderingen binnen het tumorgenomische DNA onderscheiden. Deze technologie, genaamd CATCH (Cellular Assay for Targeted, CRISPR-Discriminate Horizontal Gene Transfer), heeft een groot potentieel en zou in de toekomst kunnen worden gebruikt om een ​​verscheidenheid aan ziekten op te sporen, met name infecties en kanker.

De technologie is echter nog niet klaar voor gebruik in de kliniek. De onderzoekers werken actief aan verdere ontwikkeling om de efficiëntie van DNA-detectie te verbeteren en de prestaties van de biosensor kritisch te evalueren in vergelijking met andere diagnostische tests. Daarnaast moet de veiligheid van patiënten en de omgeving gewaarborgd zijn.

Maar misschien wel het meest opwindende vooruitzicht van cellulaire geneeskunde is niet alleen de detectie van ziekten. Biosensoren zouden zo kunnen worden geprogrammeerd dat wanneer een specifieke DNA-sequentie wordt gedetecteerd, ze in realtime een specifieke biologische therapie kunnen activeren, direct op de plaats waar de ziekte wordt gedetecteerd.

De ontwikkeling van deze innovatieve technologie is het resultaat van een succesvolle samenwerking tussen verschillende wetenschappers en onderzoekers. Het team bestond uit professor Jeff Hasty, dr. Rob Cooper, universitair hoofddocent Susan Woods en dr. Josephine Wright.

De resultaten van deze studie zijn veelbelovend, maar verder testen is nodig om de prestaties van de biosensor te valideren en de potentiële toepassing ervan in de klinische praktijk te onderzoeken. De toekomst van de cellulaire geneeskunde ziet er echter veelbelovend uit en zou kunnen leiden tot revolutionaire veranderingen in de diagnose en behandeling van ziekten.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie.