Ved hjelp av celler i stedet for tabletter kunne mange sykdommer oppdages, forebygges og kureres: fremtiden for medisinsk terapi.

Ved hjelp av celler i stedet for tabletter kunne mange sykdommer oppdages, forebygges og kureres: fremtiden for medisinsk terapi.

Utnytte kompetente bakterier

En ny studie publisert i dag i Science beskriver hvordan forskere genmodifiserte bakterier for å lykkes med å oppdage kreftceller. Dette gjennombruddet kan bidra til å forbedre kreftdiagnosen og muligens muliggjøre målrettede biologiske terapier i fremtiden.

Prosjektet begynte med en tale av syntetisk biolog Rob Cooper under et ukentlig laboratoriemøte ved University of California, San Diego. Cooper jobbet med studiet av gener og genoverføring i bakterier.

Gener er de grunnleggende enhetene for genetisk arv. De bestemmer blant annet egenskapene som vi arver fra foreldrene våre. Genoverføring innebærer å overføre gener fra en celle til en annen. Dette kan skje vertikalt, når en celle deler seg og replikerer sitt DNA, eller horisontalt, når DNA utveksles mellom ikke-relaterte celler.

Horisontal genoverføring er utbredt i den mikrobielle verdenen. Enkelte bakterier kan absorbere gener fra det frie DNA i sitt nærmiljø. Dette skjer når cellene dør og deres DNA frigjøres. Bakterier kan absorbere dette frie DNAet inn i sine egne celler og bruke det til å tilpasse seg evolusjonært.

Denne prosessen lar bakterier utforske miljøet sitt og plukke opp gener som kan gi dem en fordel. Ideen bak det å genmodifisere bakterier for å oppdage kreft er basert på at kreft defineres av endringer i cellenes genetiske materiale.

Forskerne valgte bakterien Acinetobacter baylyi som en eksperimentell biosensor for å oppdage sykdommer. A. baylyi-genomet ble modifisert til å inneholde lange DNA-sekvenser som ligner på det menneskelige kreftgenet de ønsket å fange. Disse "komplementære" DNA-sekvensene fungerte som klebende overflater der det spesifikke tumorgenom-DNAet kunne integreres i bakteriegenomet.

Et viktig mål var å beholde tumorgenomets DNA i bakterien for å aktivere andre gener. I dette tilfellet var det et antibiotikaresistensgen som ble brukt som signal for å oppdage kreft. Hvis bakteriene var i stand til å vokse på antibiotikakulturplater, var deres antibiotikaresistensgen aktivt, og dette indikerte kreftdeteksjon.

Teamet gjennomførte en serie eksperimenter som introduserte den nye bakterielle biosensoren og tumorcellene i stadig mer komplekse systemer. Først ble bakteriene behandlet med renset tumorgenomisk DNA og biosensoren påviste tumorgenomisk DNA.

Bakteriene ble deretter dyrket sammen med levende tumorceller og her kunne også tumorgenomets DNA gjenkjennes. Til slutt ble bakteriene injisert i levende mus, som enten hadde svulster eller ikke. I en musemodell av tykktarmskreft var biosensorene i stand til pålitelig å skille mellom mus med og uten tykktarmskreft.

Etter disse lovende resultatene ble den bakterielle biosensoren ytterligere forbedret og kan nå skille individuelle baseparendringer i tumorgenomiske DNA. Denne teknologien, kalt CATCH (Cellular Assay for Targeted, CRISPR-Discriminated Horizontal Gene Transfer), har et stort potensial og kan brukes i fremtiden til å oppdage en rekke sykdommer, spesielt infeksjoner og kreft.

Teknologien er imidlertid ennå ikke klar til bruk i klinikken. Forskerne jobber aktivt med videreutvikling for å forbedre effektiviteten av DNA-deteksjon og for å kritisk evaluere ytelsen til biosensoren sammenlignet med andre diagnostiske tester. I tillegg må sikkerheten til pasientene og miljøet garanteres.

Imidlertid er det kanskje mest spennende prospektet for cellulær medisin ikke bare sykdomsdeteksjon. Biosensorer kan programmeres slik at når en bestemt sekvens av DNA oppdages, kan de utløse en spesifikk biologisk terapi direkte på stedet der sykdommen oppdages i sanntid.

Utviklingen av denne innovative teknologien er et resultat av vellykket samarbeid mellom ulike forskere og forskere. Teamet inkluderte professor Jeff Hasty, Dr. Rob Cooper, førsteamanuensis Susan Woods og Dr. Josephine Wright.

Resultatene av denne studien er lovende, men ytterligere testing er nødvendig for å validere ytelsen til biosensoren og utforske dens potensielle anvendelse i klinisk praksis. Fremtiden for cellemedisin ser imidlertid lovende ut og kan føre til revolusjonerende endringer i diagnostisering og behandling av sykdom.

Denne artikkelen ble publisert på nytt fra The Conversation under en Creative Commons-lisens.