S pomočjo celic namesto tablet bi lahko odkrili, preprečili in pozdravili številne bolezni: prihodnost medicinske terapije.

S pomočjo celic namesto tablet bi lahko odkrili, preprečili in pozdravili številne bolezni: prihodnost medicinske terapije.

Izkoriščanje kompetentnih bakterij

Nova študija, objavljena danes v Science, opisuje, kako so znanstveniki gensko spremenjene bakterije za uspešno odkrivanje rakavih celic. Ta odkritje bi lahko pomagalo izboljšati diagnozo raka in potencialno omogočiti ciljne biološke terapije v prihodnosti.

Projekt se je začel s pogovorom sintetičnega biologa Roba Cooperja med tedenskim laboratorijskim srečanjem na kalifornijski univerzi v San Diegu. Cooper je delal na študiji genov in prenosa genov v bakterijah.

Geni so osnovne enote genetske dediščine. Med drugim določajo lastnosti, ki jih podedujemo od staršev. Prenos genov vključuje prenos genov iz ene celice v drugo. To se lahko zgodi navpično, ko se celica deli in podvoji svojo DNK, ali vodoravno, ko se DNK izmenjuje med nepovezanimi celicami.

Horizontalni prenos genov je zelo razširjen v mikrobnem svetu. Nekatere bakterije lahko absorbirajo gene iz proste DNK v svojem neposrednem okolju. To se zgodi, ko celice odmrejo in se sprosti njihova DNK. Bakterije lahko absorbirajo to prosto DNK v lastne celice in jo uporabijo za evolucijsko prilagajanje.

Ta proces omogoča bakterijam, da raziskujejo svoje okolje in poberejo gene, ki bi jim lahko dali prednost. Ideja za gensko spreminjanje bakterij za odkrivanje raka temelji na dejstvu, da je rak opredeljen s spremembami v genetskem materialu celic.

Raziskovalci so izbrali bakterijo Acinetobacter baylyi kot eksperimentalni biosenzor za odkrivanje bolezni. Genom A. baylyi je bil spremenjen tako, da vsebuje dolga zaporedja DNK, podobna genu človeškega raka, ki so ga želeli ujeti. Te "komplementarne" sekvence DNK so delovale kot lepilne površine, kjer se lahko specifična DNK tumorskega genoma integrira v bakterijski genom.

Pomemben cilj je bil ohraniti DNK tumorskega genoma v bakteriji, da bi aktivirali druge gene. V tem primeru je bil gen za odpornost na antibiotike uporabljen kot signal za odkrivanje raka. Če so bakterije lahko rasle na ploščah z kulturo antibiotikov, je bil njihov gen za odpornost na antibiotike aktiven in to je kazalo na odkrivanje raka.

Ekipa je izvedla vrsto poskusov, ki so uvedli nov bakterijski biosenzor in tumorske celice v vedno bolj zapletene sisteme. Najprej so bakterije obdelali s prečiščeno tumorsko genomsko DNK in biosenzor je uspešno zaznal tumorsko genomsko DNK.

Bakterije so nato gojili skupaj z živimi tumorskimi celicami in tu je bilo mogoče prepoznati tudi DNK tumorskega genoma. Končno so bakterije vbrizgali v žive miši, ki so bodisi imele tumorje bodisi ne. V mišjem modelu raka debelega črevesa so bili biosenzorji sposobni zanesljivo razlikovati med mišmi z in brez raka debelega črevesa.

Po teh obetavnih rezultatih je bil bakterijski biosenzor še izboljšan in lahko zdaj razlikuje posamezne spremembe baznih parov znotraj tumorske genomske DNK. Ta tehnologija, imenovana CATCH (Cellular Assay for Targeted, CRISPR-Discriminated Horizontal Gene Transfer), ima velik potencial in bi jo lahko v prihodnosti uporabili za odkrivanje različnih bolezni, zlasti okužb in raka.

Vendar tehnologija še ni pripravljena za uporabo na kliniki. Raziskovalci aktivno delajo na nadaljnjem razvoju za izboljšanje učinkovitosti odkrivanja DNK in za kritično oceno delovanja biosenzorja v primerjavi z drugimi diagnostičnimi testi. Poleg tega je treba zagotoviti varnost bolnikov in okolja.

Vendar morda najbolj vznemirljiva možnost celične medicine ni le odkrivanje bolezni. Biosenzorje bi lahko programirali tako, da lahko ob odkritju specifičnega zaporedja DNK sprožijo določeno biološko terapijo neposredno na mestu, kjer je bolezen odkrita v realnem času.

Razvoj te inovativne tehnologije je plod uspešnega sodelovanja med različnimi znanstveniki in raziskovalci. V skupini so bili profesor Jeff Hasty, dr. Rob Cooper, izredna profesorica Susan Woods in dr. Josephine Wright.

Rezultati te študije so obetavni, vendar so potrebna nadaljnja testiranja za potrditev delovanja biosenzorja in raziskovanje njegove potencialne uporabe v klinični praksi. Vendar pa je prihodnost celične medicine videti obetavna in bi lahko vodila do revolucionarnih sprememb v diagnostiki in zdravljenju bolezni.

Ta članek je bil ponovno objavljen iz The Conversation pod licenco Creative Commons.