Международная команда ученых разработала биосенсор на основе бактерий, которые реагируют на наличие в окружении ДНК опухоли. Исследователи связали поглощение мутантной ДНК и устойчивость к антибиотику, чтобы по невосприимчивым бактериям определять наличие рака прямой кишки. Новый метод поможет обнаруживать внеклеточную ДНК везде в медицине, биологии, экологии, промышленности. Исследование опубликовано в журнале Science.
Рак возникает из-за мутации в ДНК. Когда поломка затрагивает гены, ответственные за рост и развитие клеток, возникает новообразование. Оно может быть как доброкачественным, так и злокачественным. Опухоль становится как бы самостоятельной структурой внутри организма. Она регулирует собственное кровоснабжение, а ее ДНК отлична от ДНК носителя. Вопреки распространенному мнению, раковые клетки не бессмертны. Когда они гибнут, их ДНК, как и ДНК других погибших клеток организма, попадает в кровеносную систему. Там ее можно обнаружить. Многие технологии позволяют анализировать очищенную ДНК в лаборатории, но при этом трудно понять, где конкретно расположена опухоль. Теперь с помощью технологии геномного редактирования CRISPR исследователи разработали метод клеточного анализа с помощью горизонтального переноса генов (CATCH).
«Многие бактерии могут поглощать ДНК из окружающей их среды — навык, известный как горизонтальный перенос, помогает адаптироваться бактериям к меняющимся условиям. Например, они могут получить ген устойчивости к различным вирусам или антибиотикам. Мы же заставили их захватывать свободно плавающую ДНК из кровяного русла. Те бактерии, которым посчастливилось поглотить опухолевую ДНК, получали устойчивость к антибиотикам», — рассказали авторы исследования.
Метод CRISPR/Cas9 придумали сами бактерии. В их геноме есть специальных отрезок, который из-за зеркальных повторов похож на шпильку. Между этими шпильками располагается участок уникальной последовательности, на него записана часть генома вируса, с которым встречалась бактерия или ее предки. С помощью этой информации белок Cas вырезает вирусный геном из ДНК инфицированной бактерии. Если в клетку попал неизвестный ранее вирус, белок Cas забирает часть его генома и заносит в «картотеку», обособляя такими же шпильками от других. Получается своеобразная «фотогирлянда», которая помогает бактерии и ее потомкам быстро находить вирусных «нарушителей границ». Технология CRISPR позволила исследователям сделать шаг вперед в лечении и изучении рака и других связанных с генами болезней. Однако для ранней диагностики бактериям не хватало способности находить чужеродную ДНК вне клеток.
Чтобы протестировать свободно плавающие последовательности ДНК и сравнить эти образцы с заранее определенными последовательностями рака, ученые взяли распространенную в желудочно-кишечном тракте бактерию под названием Acinetobacter baylyi. С помощью CRISPR/Cas9 они запрограммировали ее таким образом, чтобы при воздействии антибиотика выживали только бактерии, захватившие из окружающей среды ДНК с мутантным геном KRAS — онкогеном, мутации которого обладают потенциалом для перерождения нормальных клеток в злокачественные. Клетки с поломкой этого гена можно обнаружить не только в прогрессирующих опухолях, но и в предраковых новообразованиях, в том числе полипах, появляющихся при чрезмерном разрастании ткани. Это поможет обнаруживать мутации на предраковой стадии и предотвращать онкологические заболевания.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
