O nouă eră pentru biosenzorii capabili să identifice cancere și alte boli

Oamenii de știință de la Universitatea din California San Diego (SUA) și colegii lor din Australia au creat bacterii care pot detecta ADN-ul tumorilor într-un organism viu.

Inovația lor, care a detectat cancerul în colonul șoarecilor, ar putea deschide calea către noi biosenzori capabili să identifice diferite infecții, cancere și alte boli, notează Eurek Alert.

• Ce s-a întâmplat după ce oamenii de știință au declanșat mini-cutremure în laborator
• Ar putea ficatul să dețină cheia unor tratamente mai bune pentru cancer?

Studiul este publicat în revista Science.

Bacterii care pot detecta ADN-ul tumorilor, un progres uriaș în depistarea și tratarea cancerului

Bacteriile au fost proiectate anterior pentru a îndeplini diverse funcții diagnostice și terapeutice, dar nu aveau capacitatea de a identifica secvențe specifice de ADN și mutații în afara celulelor. Noua tehnică „Cellular Assay for Targeted CRISPR-discriminated Horizontal gene transfer” (sau „CATCH”) a fost concepută pentru a face exact acest lucru.

„Atunci când am început acest proiect, în urmă cu patru ani, nici măcar nu eram siguri dacă folosirea bacteriilor ca senzor pentru ADN-ul mamiferelor era posibilă”, a spus liderul echipei științifice, Jeff Hasty, profesor la UC San Diego School of Biological Sciences și la Jacobs School of Engineering.

„Detectarea cancerelor gastrointestinale și a leziunilor precanceroase este o oportunitate clinică atractivă de a aplica această invenție”, spune acesta.

Cum funcționează noua tehnologie?

Se știe că tumorile își dispersează sau elimină ADN-ul în mediile care le înconjoară. Multe tehnologii pot analiza ADN-ul purificat în laborator, dar acestea nu pot detecta ADN-ul acolo unde este eliberat. În cadrul strategiei CATCH, cercetătorii au conceput bacterii care pot detecta ADN-ul tumorilor folosind tehnologia CRISPR pentru a testa secvențe de ADN care plutesc liber la nivel genomic și pentru a compara acele mostre cu secvențe de cancer predeterminate.

„Multe bacterii pot prelua ADN din mediul lor, o abilitate cunoscută sub numele de competență naturală”, a spus Rob Cooper, de la Institutul de Biologie Sintetică din cadrul UC San Diego. Hasty, Cooper și medicul australian Dan Worthley au colaborat la ideea de competență naturală în legătură cu bacteriile și cancerul colorectal, a treia cauză de deces cauzat de cancer în Statele Unite.

Ei au început să formuleze posibilitatea de proiectare a bacteriilor, care sunt deja răspândite în colon, ca noi biosenzori care ar putea fi folosiți în interiorul intestinului pentru a detecta ADN-ul eliberat de tumorile colorectale. Ei s-au concentrat pe Acinetobacter baylyi, o bacterie în care Cooper a identificat elementele necesare atât pentru preluarea ADN-ului, cât și pentru utilizarea CRISPR pentru a-l analiza.

„Știind că ADN-ul fără celule poate fi mobilizat ca un semnal sau o intrare, ne-am propus să creăm bacterii care să răspundă la ADN-ul tumoral în momentul și locul depistării bolii”, a spus Worthley, gastroenterolog și cercetător în cancer la Clinica de colonoscopie din Brisbane, Australia.

Bacterii care pot detecta ADN-ul tumorilor, folosite împreună cu CRISPR

În colaborare cu colegii australieni Susan Woods și Josephine Wright, cercetătorii au proiectat, construit și testat Acinetobacter baylyi ca senzor pentru identificarea ADN-ului din KRAS, o genă care este mutantă în multe tipuri de cancer.

Ei au programat bacteria cu un sistem CRISPR conceput pentru a discrimina copiile mutante de copiile normale ale KRAS. Asta înseamnă că numai bacteriile care au preluat forme mutante de KRAS, așa cum se găsesc în polipi și cancere precanceroase, de exemplu, au supraviețuit pentru a semnala sau a răspunde la boală.

Aceste bacterii care pot detecta ADN-ul tumorilor se bazează pe ideile anterioare legate de transferul orizontal al genelor, o tehnică folosită de organisme pentru a muta materialul genetic între ele într-un mod diferit de moștenirea genetică tradițională de la părinte la urmaș. În timp ce transferul orizontal de gene este cunoscut la scară largă de la bacterii la bacterii, cercetătorii și-au atins obiectivul de a aplica acest concept de la tumorile de mamifere și celulele umane la bacterii.

„A fost incredibil când am văzut bacteriile care preluaseră ADN-ul tumorii la microscop. Șoarecii cu tumori au crescut colonii de bacterii verzi care au dobândit capacitatea de a crește pe plăci cu antibiotice”, a spus Wright.

„Bolile vor fi tratate cu celule, nu cu pastile”

Cercetătorii își adaptează acum strategia biosenzorului de bacterii cu circuite noi și diferite tipuri de bacterii pentru detectarea și tratarea cancerelor și infecțiilor umane.

„Există atât de mult potențial de a crea bacterii pentru a preveni cancerul colorectal, o tumoare care este scufundată într-un flux de bacterii, care ar putea ajuta sau împiedica progresia acesteia”, a spus Woods.

Profesorul asociat Siddhartha Mukherjee, de la Universitatea Columbia, care nu a fost implicat în studiu, a indicat că, în viitor, „boala va fi tratată și prevenită prin celule, nu cu pastile. O bacterie vie care poate detecta ADN-ul în intestin este o oportunitate extraordinară de a acționa ca o santinelă pentru a căuta și a distruge cancerele gastro-intestinale și multe altele”.

În timp ce noua invenție necesită dezvoltare și perfecționare ulterioară, echipa de biologie sintetică de la UC San Diego continuă să optimizeze strategia avansată a biosenzorilor, a spus Hasty, care are afilieri cu Departamentul de Biologie Moleculară din cadrul UC San Diego, cu Departamentul de Bioinginerie Shu Chien-Gene Lay și cu Institutul de Biologie Sintetică.

Vă recomandăm să citiți și:

A fost găsită gena care împiedică transferul gripei aviare la om

Când este cel mai bine să ne spălăm pe dinți? Iată cel mai bun moment din zi!

Cercetătorii au identificat genele care influențează direct ceea ce mâncăm

Top 5 alimente bogate în prebiotice, conform cercetătorilor