Med hjälp av celler istället för tabletter kunde många sjukdomar upptäckas, förebyggas och botas: framtiden för medicinsk terapi.

Med hjälp av celler istället för tabletter kunde många sjukdomar upptäckas, förebyggas och botas: framtiden för medicinsk terapi.

Utnyttja kompetenta bakterier

En ny studie publicerad idag i Science beskriver hur forskare genetiskt modifierade bakterier för att framgångsrikt upptäcka cancerceller. Detta genombrott kan bidra till att förbättra cancerdiagnostiken och potentiellt möjliggöra riktade biologiska terapier i framtiden.

Projektet började med ett föredrag av syntetisk biolog Rob Cooper under ett labbmöte varje vecka vid University of California, San Diego. Cooper arbetade med studier av gener och genöverföring i bakterier.

Gener är de grundläggande enheterna för genetiskt arv. De bestämmer bland annat vilka egenskaper som vi ärver från våra föräldrar. Genöverföring innebär att gener överförs från en cell till en annan. Detta kan inträffa vertikalt, när en cell delar sig och replikerar sitt DNA, eller horisontellt, när DNA utbyts mellan orelaterade celler.

Horisontell genöverföring är utbredd i den mikrobiella världen. Vissa bakterier kan absorbera gener från det fria DNA:t i sin närmiljö. Detta händer när celler dör och deras DNA frigörs. Bakterier kan absorbera detta fria DNA i sina egna celler och använda det för att anpassa sig evolutionärt.

Denna process tillåter bakterier att utforska sin miljö och plocka upp gener som kan ge dem en fördel. Tanken bakom att genetiskt modifiera bakterier för att upptäcka cancer bygger på att cancer definieras av förändringar i cellers genetiska material.

Forskarna valde bakterien Acinetobacter baylyi som en experimentell biosensor för att upptäcka sjukdomar. A. baylyi-genomet modifierades för att innehålla långa DNA-sekvenser som liknar den humana cancergen de ville fånga. Dessa "komplementära" DNA-sekvenser fungerade som adhesiva ytor där det specifika tumörgenomets DNA kunde integreras i bakteriegenomet.

Ett viktigt mål var att behålla tumörgenomets DNA i bakterien för att aktivera andra gener. I det här fallet var det en antibiotikaresistensgen som användes som en signal för att upptäcka cancer. Om bakterierna kunde växa på antibiotikaodlingsplattor var deras antibiotikaresistensgen aktiv och detta tydde på cancerupptäckt.

Teamet genomförde en serie experiment som introducerade den nya bakteriella biosensorn och tumörcellerna i allt mer komplexa system. Först behandlades bakterierna med renat tumörgenomiskt DNA och biosensorn detekterade framgångsrikt tumörgenomiskt DNA.

Bakterierna odlades sedan tillsammans med levande tumörceller och här kunde även tumörgenomets DNA kännas igen. Slutligen injicerades bakterierna i levande möss, som antingen hade tumörer eller inte. I en musmodell av tjocktarmscancer kunde biosensorerna på ett tillförlitligt sätt skilja mellan möss med och utan tjocktarmscancer.

Efter dessa lovande resultat förbättrades den bakteriella biosensorn ytterligare och kan nu särskilja individuella basparförändringar inom tumörens genomiska DNA. Denna teknologi, som kallas CATCH (Cellular Assay for Targeted, CRISPR-Discriminated Horizontal Gene Transfer), har stor potential och kan användas i framtiden för att upptäcka en mängd olika sjukdomar, särskilt infektioner och cancer.

Tekniken är dock ännu inte klar att användas på kliniken. Forskarna arbetar aktivt med vidareutveckling för att förbättra effektiviteten av DNA-detektion och för att kritiskt utvärdera prestandan hos biosensorn i jämförelse med andra diagnostiska tester. Dessutom måste säkerheten för patienter och miljö garanteras.

Men den kanske mest spännande utsikten för cellulär medicin är inte bara upptäckt av sjukdomar. Biosensorer skulle kunna programmeras så att när en specifik DNA-sekvens detekteras kan de utlösa en specifik biologisk terapi direkt på platsen där sjukdomen detekteras i realtid.

Utvecklingen av denna innovativa teknologi är resultatet av framgångsrikt samarbete mellan olika forskare och forskare. I teamet ingick professor Jeff Hasty, Dr Rob Cooper, docent Susan Woods och Dr Josephine Wright.

Resultaten av denna studie är lovande, men ytterligare tester krävs för att validera biosensorns prestanda och utforska dess potentiella tillämpning i klinisk praxis. Framtiden för cellmedicin ser dock lovande ut och kan leda till revolutionerande förändringar i diagnostik och behandling av sjukdomar.

Den här artikeln återpublicerades från The Conversation under en Creative Commons-licens.