Vědci zkonstruovali bakterie, které dokáží detekovat nádorovou DNA

Foto: iStock

Vědci z Kalifornské univerzity v San Diegu a jejich kolegové z Austrálie vytvořili bakterie, které dokáží detekovat přítomnost nádorové DNA v živém organismu. Jejich inovace, která detekovala rakovinu v tlustém střevě myší, by mohla otevřít cestu k novým biosenzorům schopným identifikovat různé infekce, rakovinu a další nemoci, uvádí Science Daily.

Bakterie byly již dříve navrženy tak, aby plnily různé diagnostické a terapeutické funkce, ale chyběla jim schopnost identifikovat specifické sekvence DNA a mutace mimo buňky. Nový buněčný test pro cílený horizontální přenos genů s využitím CRISPR neboli „CATCH“ byl navržen právě k tomuto účelu. „Když jsme před čtyřmi lety s tímto projektem začínali, nebyli jsme si ani jisti, zda je použití bakterií jako senzoru pro savčí DNA vůbec možné,“ řekl vedoucí vědeckého týmu Jeff Hasty, profesor na UC San Diego School of Biological Sciences a Jacobs School of Engineering.

Detekce rakoviny zažívacího traktu a přednádorových změn je atraktivní klinickou příležitostí pro uplatnění tohoto vynálezu. Je známo, že nádory rozptylují nebo vylučují svou DNA do okolního prostředí. Mnoho technologií dokáže analyzovat přečištěnou DNA v laboratoři, ale ty nedokážou detekovat DNA tam, kde se uvolňuje. V rámci strategie CATCH vědci pomocí technologie CRISPR zkonstruovali bakterie, které testují volně se šířící sekvence DNA na genomické úrovni a porovnávají tyto vzorky s předem určenými sekvencemi rakoviny. „Mnoho bakterií dokáže přebírat DNA ze svého okolí, což je dovednost známá jako přirozená kompetence,“ uvedl Rob Cooper, spoluautor studie a vědec z Institutu syntetické biologie UC San Diego.

Hasty, Cooper a australský lékař Dan Worthley spolupracovali na myšlence přirozené kompetence v souvislosti s bakteriemi a rakovinou tlustého střeva a konečníku, která je třetí nejčastější příčinou úmrtí na rakovinu ve Spojených státech. Začali formulovat možnost inženýrského využití bakterií, které jsou již v tlustém střevě rozšířené, jako nových biosenzorů, které by mohly být nasazeny uvnitř střeva k detekci DNA uvolněné z kolorektálních nádorů. Zaměřili se na bakterii Acinetobacter baylyi, u níž Cooper identifikoval prvky nezbytné jak pro příjem DNA, tak pro její analýzu pomocí CRISPR. „Protože víme, že bezbuněčná DNA může být mobilizována jako signál nebo vstup, rozhodli jsme se vytvořit bakterie, které by reagovaly na nádorovou DNA v době a místě zjištění onemocnění,“ uvedl Worthley, gastroenterolog a výzkumník v oblasti rakoviny z kolonoskopické kliniky v australském Brisbane.

Ve spolupráci s australskými kolegy Susan Woodsovou a Josephine Wrightovou navrhli, sestrojili a otestovali Acinetobacter baylyi jako senzor pro identifikaci DNA genu KRAS, který je mutován u mnoha druhů rakoviny. Bakterii naprogramovali pomocí systému CRISPR, který byl navržen tak, aby rozlišoval mutované a normální (nemutované) kopie genu KRAS. To znamená, že pouze bakterie, které by přijaly mutované formy KRAS, které se vyskytují například v přednádorových polypech a rakovinách, by přežily, aby signalizovaly nebo reagovaly na onemocnění.

Nový výzkum vychází z dřívějších myšlenek souvisejících s horizontálním přenosem genů, což je technika, kterou organismy používají k vzájemnému přesunu genetického materiálu způsobem odlišným od tradičního dědičného přenosu z rodiče na potomka. Zatímco horizontální přenos genů je všeobecně znám z bakterií na bakterie, vědci dosáhli svého cíle aplikací tohoto konceptu z nádorů savců a lidských buněk na bakterie. „Bylo to neuvěřitelné, když jsem pod mikroskopem viděl bakterie, které převzaly nádorovou DNA. U myší s nádory vyrostly zelené bakteriální kolonie, které získaly schopnost růst na antibiotických destičkách,“ řekl Wright.

Výzkumníci nyní upravují svou strategii bakteriálních biosenzorů s novými spojeními a různými typy bakterií pro detekci a léčbu lidských rakovin a infekcí.

• Lékem na plešatost může být běžný cukr
• Proleťte se nad Marsem! ESA zveřejnila video oblasti Noctis Labyrinthus („labyrintu noci“)
• UI přečetla první slovo na 2000 let starém papyrovém svitku pohřbeném u Vesuvu

„Existuje tady velký potenciál pro zkonstruování bakterií určených k prevenci kolorektálního karcinomu, nádoru, který by byl ponořen do proudu bakterií, které by mohly pomoci nebo zabránit jeho progresi,“ řekl Woods.

Docent Siddhartha Mukherjee z Kolumbijské univerzity, který se na studii nepodílel, uvedl, že v budoucnu se nemoci budou léčit a předcházet jim pomocí buněk, nikoli pomocí pilulek. Živá bakterie, která dokáže detekovat DNA ve střevech, je obrovskou příležitostí, jak fungovat jako hlídač, vyhledávat a ničit gastrointestinální a mnoho dalších druhů rakovin.

Zatímco nový vynález vyžaduje další vývoj a zdokonalení, tým syntetické biologie na UC San Diego pokračuje v optimalizaci strategie pokročilého biosenzoru, uvedl Hasty, který má vazby na katedru molekulární biologie UC San Diego, katedru bioinženýrství Shu Chien-Gene Lay a Institut syntetické biologie.

„V budoucnosti nemusí nikdo umírat na rakovinu tlustého střeva a konečníku,“ věří Worthley. „Doufáme, že tato práce bude užitečná bioinženýrům, vědcům a v budoucnu i klinickým lékařům při sledování tohoto cíle.“

Práce je popsána v časopise Science.