Pomocou buniek namiesto tabliet by bolo možné odhaliť, predchádzať a liečiť mnohé choroby: budúcnosť liečebnej terapie.

Pomocou buniek namiesto tabliet by bolo možné odhaliť, predchádzať a liečiť mnohé choroby: budúcnosť liečebnej terapie.

Využitie kompetentných baktérií

Nová štúdia publikovaná dnes v Science popisuje, ako vedci geneticky modifikovali baktérie, aby úspešne odhalili rakovinové bunky. Tento prelom by mohol pomôcť zlepšiť diagnostiku rakoviny a potenciálne umožniť cielené biologické terapie v budúcnosti.

Projekt sa začal prejavom syntetického biológa Roba Coopera počas týždenného laboratórneho stretnutia na Kalifornskej univerzite v San Diegu. Cooper pracoval na štúdiu génov a prenosu génov v baktériách.

Gény sú základnými jednotkami genetickej dedičnosti. Okrem iného určujú vlastnosti, ktoré dedíme po rodičoch. Prenos génov zahŕňa prenos génov z jednej bunky do druhej. Môže k tomu dôjsť vertikálne, keď sa bunka delí a replikuje svoju DNA, alebo horizontálne, keď sa DNA vymieňa medzi nepríbuznými bunkami.

Horizontálny prenos génov je v mikrobiálnom svete rozšírený. Niektoré baktérie môžu absorbovať gény z voľnej DNA vo svojom bezprostrednom prostredí. K tomu dochádza, keď bunky odumrú a ich DNA sa uvoľní. Baktérie môžu absorbovať túto voľnú DNA do svojich vlastných buniek a použiť ju na evolučnú adaptáciu.

Tento proces umožňuje baktériám preskúmať svoje prostredie a vyzdvihnúť gény, ktoré by im mohli poskytnúť výhodu. Myšlienka genetickej modifikácie baktérií na detekciu rakoviny je založená na skutočnosti, že rakovina je definovaná zmenami v genetickom materiáli buniek.

Ako experimentálny biosenzor na detekciu chorôb si vedci vybrali baktériu Acinetobacter baylyi. Genóm A. baylyi bol upravený tak, aby obsahoval dlhé sekvencie DNA podobné génu ľudskej rakoviny, ktorý chceli zachytiť. Tieto „komplementárne“ sekvencie DNA pôsobili ako adhezívne povrchy, kde sa špecifická DNA genómu nádoru mohla integrovať do bakteriálneho genómu.

Dôležitým cieľom bolo udržať DNA genómu nádoru v baktérii, aby sa aktivovali ďalšie gény. V tomto prípade išlo o gén rezistencie na antibiotiká, ktorý bol použitý ako signál na detekciu rakoviny. Ak boli baktérie schopné rásť na antibiotických kultivačných platniach, ich gén rezistencie na antibiotiká bol aktívny a to znamenalo detekciu rakoviny.

Tím uskutočnil sériu experimentov zavádzajúcich nový bakteriálny biosenzor a nádorové bunky do čoraz zložitejších systémov. Najprv boli baktérie ošetrené purifikovanou nádorovou genómovou DNA a biosenzor úspešne detekoval nádorovú genómovú DNA.

Baktérie sa potom kultivovali spolu so živými nádorovými bunkami a tu sa dala rozpoznať aj DNA genómu nádoru. Nakoniec boli baktérie injikované živým myšiam, ktoré buď mali alebo nemali nádory. V myšom modeli rakoviny hrubého čreva boli biosenzory schopné spoľahlivo rozlíšiť medzi myšami s rakovinou hrubého čreva a bez nej.

Po týchto sľubných výsledkoch bol bakteriálny biosenzor ďalej vylepšený a teraz dokáže rozlíšiť jednotlivé zmeny párov báz v rámci genómovej DNA nádoru. Táto technológia s názvom CATCH (Cellular Assay for Targeted, CRISPR-Discriminated Horizontal Gene Transfer) má veľký potenciál a mohla by sa v budúcnosti použiť na detekciu rôznych chorôb, najmä infekcií a rakoviny.

Technológia však ešte nie je pripravená na použitie na klinike. Výskumníci aktívne pracujú na ďalšom vývoji s cieľom zlepšiť účinnosť detekcie DNA a kriticky vyhodnotiť výkon biosenzora v porovnaní s inými diagnostickými testami. Okrem toho musí byť zaručená bezpečnosť pacientov a životného prostredia.

Snáď najvzrušujúcejšou vyhliadkou bunkovej medicíny však nie je len detekcia chorôb. Biosenzory by mohli byť naprogramované tak, že keď sa zachytí špecifická sekvencia DNA, môžu spustiť špecifickú biologickú terapiu priamo na mieste, kde sa ochorenie deteguje v reálnom čase.

Vývoj tejto inovatívnej technológie je výsledkom úspešnej spolupráce medzi rôznymi vedcami a výskumníkmi. V tíme boli profesor Jeff Hasty, Dr. Rob Cooper, docentka Susan Woods a Dr. Josephine Wright.

Výsledky tejto štúdie sú sľubné, ale na overenie výkonu biosenzora a preskúmanie jeho potenciálnej aplikácie v klinickej praxi je potrebné ďalšie testovanie. Budúcnosť bunkovej medicíny však vyzerá sľubne a mohla by viesť k prevratným zmenám v diagnostike a liečbe chorôb.

Tento článok bol znovu publikovaný z The Conversation pod licenciou Creative Commons.