Za pomocą komórek zamiast tabletek można wykryć wiele chorób, zapobiegać im i je leczyć: przyszłość terapii medycznej.

Za pomocą komórek zamiast tabletek można wykryć wiele chorób, zapobiegać im i je leczyć: przyszłość terapii medycznej.

Wykorzystanie kompetentnych bakterii

Nowe badanie opublikowane dzisiaj w czasopiśmie Science opisuje, w jaki sposób naukowcy zmodyfikowali genetycznie bakterie, aby skutecznie wykrywać komórki nowotworowe. To przełomowe odkrycie może pomóc w udoskonaleniu diagnostyki nowotworów i potencjalnie umożliwić w przyszłości ukierunkowane terapie biologiczne.

Projekt rozpoczął się od wykładu biologa syntetycznego Roba Coopera podczas cotygodniowego spotkania laboratoryjnego na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego. Cooper pracował nad badaniem genów i transferu genów u bakterii.

Geny są podstawową jednostką dziedziczenia genetycznego. Między innymi określają cechy, które dziedziczymy po rodzicach. Transfer genów polega na przenoszeniu genów z jednej komórki do drugiej. Może to nastąpić pionowo, gdy komórka dzieli się i replikuje swoje DNA, lub poziomo, gdy DNA jest wymieniane pomiędzy niepowiązanymi komórkami.

Poziomy transfer genów jest szeroko rozpowszechniony w świecie drobnoustrojów. Niektóre bakterie mogą absorbować geny z wolnego DNA w swoim bezpośrednim otoczeniu. Dzieje się tak, gdy komórki umierają, a ich DNA zostaje uwolnione. Bakterie mogą wchłonąć to wolne DNA do własnych komórek i wykorzystać je do ewolucyjnej adaptacji.

Proces ten umożliwia bakteriom eksplorację środowiska i wychwytywanie genów, które mogą zapewnić im przewagę. Idea genetycznej modyfikacji bakterii w celu wykrycia raka opiera się na fakcie, że nowotwór definiuje się na podstawie zmian w materiale genetycznym komórek.

Naukowcy wybrali bakterię Acinetobacter baylyi jako eksperymentalny biosensor do wykrywania chorób. Genom A. baylyi został zmodyfikowany tak, aby zawierał długie sekwencje DNA podobne do ludzkiego genu nowotworowego, który chcieli wychwycić. Te „komplementarne” sekwencje DNA działały jak powierzchnie adhezyjne, na których można było zintegrować DNA specyficznego genomu nowotworu z genomem bakterii.

Ważnym celem było utrzymanie DNA genomu nowotworu w bakterii w celu aktywacji innych genów. W tym przypadku jako sygnał do wykrycia raka wykorzystano gen oporności na antybiotyki. Jeśli bakterie mogły rosnąć na płytkach do hodowli antybiotyków, oznaczało to, że ich gen oporności na antybiotyki był aktywny, co wskazywało na wykrycie raka.

Zespół przeprowadził serię eksperymentów, wprowadzając nowy biosensor bakteryjny i komórki nowotworowe do coraz bardziej złożonych systemów. Najpierw bakterie potraktowano oczyszczonym genomowym DNA nowotworu, a biosensor z powodzeniem wykrył genomowy DNA nowotworu.

Następnie bakterie hodowano razem z żywymi komórkami nowotworowymi i można było również rozpoznać DNA genomu nowotworu. Na koniec bakterie wstrzyknięto żywym myszom, które albo miały guzy, albo nie. W mysim modelu raka okrężnicy biosensory były w stanie wiarygodnie rozróżnić myszy z rakiem okrężnicy i bez niego.

W następstwie tych obiecujących wyników biosensor bakteryjny został jeszcze bardziej udoskonalony i może obecnie rozróżniać zmiany poszczególnych par zasad w genomowym DNA nowotworu. Technologia ta, zwana CATCH (Cellular Assay for Targeted, CRISPR-Discriminate Horizontal Gene Transfer), ma ogromny potencjał i może zostać w przyszłości wykorzystana do wykrywania różnych chorób, w szczególności infekcji i nowotworów.

Technologia ta nie jest jednak jeszcze gotowa do zastosowania w klinice. Naukowcy aktywnie pracują nad dalszym rozwojem, aby poprawić skuteczność wykrywania DNA i krytycznie ocenić działanie biosensora w porównaniu z innymi testami diagnostycznymi. Ponadto należy zagwarantować bezpieczeństwo pacjentów i środowiska.

Jednak być może najbardziej ekscytującą perspektywą medycyny komórkowej jest nie tylko wykrywanie chorób. Bioczujniki można zaprogramować w taki sposób, aby po wykryciu określonej sekwencji DNA mogły w czasie rzeczywistym uruchomić określoną terapię biologiczną bezpośrednio w miejscu wykrycia choroby.

Rozwój tej innowacyjnej technologii jest wynikiem udanej współpracy różnych naukowców i badaczy. W skład zespołu wchodzili profesor Jeff Hasty, dr Rob Cooper, profesor nadzwyczajny Susan Woods i dr Josephine Wright.

Wyniki tego badania są obiecujące, ale potrzebne są dalsze badania, aby zweryfikować działanie biosensora i zbadać jego potencjalne zastosowanie w praktyce klinicznej. Jednak przyszłość medycyny komórkowej wygląda obiecująco i może doprowadzić do rewolucyjnych zmian w diagnostyce i leczeniu chorób.

Ten artykuł został ponownie opublikowany z The Conversation na licencji Creative Commons.