Группа американских и австралийских ученых создали бактерии, которые обнаруживают опухолевую ДНК. Разработка может открыть путь к созданию биосенсоров, способных определять инфекции, рак и другие заболевания
А в чем тренд?
Рак толстого кишечника — один из самых распространенных видов онкологических заболеваний в мире. По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2020 году было зарегистрировано более 1,9 млн новых случаев заболевания, а умерли от него свыше 930 тыс. человек. Разработка новых методов лечения позволит улучшить качество жизни пациентов и снизить уровень смертности от этой болезни.
Создание полезных бактерий
Новое исследование было опубликовано 11 августа 2023 года. В своей работе ученые рассказали, что ранее бактерии были предназначены для выполнения различных диагностических и терапевтических функций, но они не могли определять специфические последовательности ДНК и мутации вне клеток. Исследователи добавили эту функцию.
Руководитель научной группы и профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего Джефф Хасти отметил: «Когда мы начинали работу четыре года назад, мы не были уверены, что использовать бактерии как сенсор для ДНК млекопитающих вообще возможно. Выявление раковых и предраковых заболеваний желудочно-кишечного тракта — интересная клиническая возможность применения нашего изобретения».
Как это работает
Когда опухоль увеличивается, она выделяет свою ДНК в окружающую среду. Многие технологии позволяют анализировать ДНК в лабораторных условиях, но они не способны найти ее в месте высвобождения. Исследователи создали бактерии для тестирования свободно плавающих последовательностей ДНК на геномном уровне — с использованием технологии CRISPR (так называются «генетические ножницы», позволяющие редактировать геном).
Новые бактерии обнаруживают бесклеточную ДНК и поглощают ее. Затем микроорганизмы выводят из организма и проверяют на устойчивость к антибиотикам. Если бактерии гибнут от обработки антибиотиками, то злокачественных образований нет. Если же микроорганизмы начинают расти, то это говорит о развитии у пациента рака. Это значит, что ранее бактерия столкнулась со связанными с раком генетическими мутациями и, поглотив эту ДНК, приобрела устойчивость к антибиотикам.
Выбор подходящих бактерий
Ученые решили взять бактерии, которые широко представлены в толстой кишке и которые можно было бы использовать внутри кишечника для обнаружения ДНК, выделяемой из колоректальных опухолей (рак в разных отделах толстой кишки). Они остановились на бактерии Acinetobacter baylyi. В ней были отобраны элементы, необходимые для захвата и анализа ДНК.
Работая с австралийскими коллегами Сьюзан Вудс и Жозефиной Райт, исследователи превратили Acinetobacter baylyi в сенсор для выявления гена, который мутирует во многих видах рака. С помощью технологии CRISPR бактерия была запрограммирована на его выявление.
Передача нужных бактерий
Новое исследование основано на предыдущих идеях, связанных с горизонтальным переносом генов. Таким способом организмы передают друг другу генетический материал, что отличается от традиционного наследования от родителей к потомству. Ученые смогли горизонтально передать гены от опухолей млекопитающих к бактериям. Джозефина Райт отметила: «Это было невероятно, когда я увидела под микроскопом бактерии, поглотившие ДНК опухоли. У мышей с раковыми клетками выросли целые колонии бактерий».
Разработка подходящих для человека моделей
Сейчас исследователи адаптируют стратегию создания биосенсоров для обнаружения и лечения раковых заболеваний и инфекций человека. Сьюзан Вудс отмечает: «Существует огромный потенциал для инженерии бактерий с целью предотвращения рака толстого кишечника. Опухоль просто погружается в поток бактерий, которые могут помешать ее прогрессированию». Ученые надеются, что их разработка приблизит будущее без онкологических заболеваний.