Большинство из нас думает о бактериях как о враге, но каждой из наших гаваней органов триллионы микроорганизмов, большинство из них благоприятный или мягкий. Теперь, Вы можете добавить две новых товарищеских встречи к списку. На этой неделе две группы синтетических биологов, стремящихся на перецель, живущую микроорганизмы для человеческого преимущества, сообщают, что генетически изменение бактерий диагностирует рак у мышей и диабет в людях.
Клиницисты стремились эксплуатировать микроорганизмы больше века. Начав в 1891, американский хирург кости по имени Уильям Коли ввел больше чем 1 000 пациентов с бактериальными колониями в надеждах, что они сократят неоперабельные опухоли. Лечение иногда работало, частично потому что микроорганизмы предпочтительно ищут ткань опухоли, которая богата в питательных веществах, все же имеет немного иммуноцитов для выбивания любых патогенов. Но результаты были неровны, и с повышением радиации и химиотерапией, подход впал в немилость.
Позже, синтетические биологи начали изменять бактерии для борьбы с раком и другими болезнями — разработка их для укрытия токсинов в опухолях, например. Несколько этих методов лечения даже превратили его в клинические испытания, хотя ни один еще не был утвержден.
Намного меньше усилия было направлено на использование бактерий как испытание на болезнь. Сэнгита Бхэтия, инженер-биомедик в Массачусетском технологическом институте (MIT) в Кембридже и ее коллеги ранее работал над диагностикой рака с помощью металлических наночастиц.
В присутствии опухоли частицы выпустили бы отрывки протеинов, названных пептидами, которые могли быть обнаружены в моче. К сожалению, Бхэтия говорит, сигнал был часто слишком слаб для служения в качестве ясного индикатора болезни.
Бригада Бхэтии тогда поняла, что бактерии предложили потенциально превосходящий выбор. Исследователи знали, что микроорганизмы со вкусом к опухоли часто проникают через массы, когда они растут и тиражируются. Так группа Бхэтии, соединенная с бригадой во главе с Джеффом Хэсти, биоинженером в Калифорнийском университете, Сан-Диего, бактериям перепрограммы, которые могли питаться мышей и, в присутствии рака, произведет люминесцентный сигнал с простым испытанием мочи.
Они начали с безопасного напряжения бактерий, названных кишечной палочкой Nissle 1917, обычно добавляющийся к йогурту и другим продуктам как пробиотик для продвижения гидролизующего здоровья. Во-первых, они накормили бактериями мышей и подтвердили, что микроорганизмы пересекли пищеварительный тракт и колонизировали опухоли в печени. Они спроектировали бактерии для производства естественного фермента под названием LacZ, когда они столкнулись с опухолью.
Затем, исследователи ввели мышей с составами, которые были предшественниками для легких эмитентов. Они были молекулами с двумя частями, составленными из сахара, связанного с люциферином, люминесцентной молекулой.
Когда связано, пара не излучает свет, но действия LacZ как ножницы, сокращающие два обособленно. Так, у мышей, которым населил рак печени E. coli, LacZ, произведенный микроорганизмами, выпустил люминесцентный состав, тогда выделенный в моче животных, повернув те образцы от желтого до красного.
К тому же, Bhatia и ее коллеги сообщают в текущей проблеме Науки о Переводной Медицине на этой неделе, в то время как стандартные методы отображения изо всех сил пытаются диагностировать опухоли печени, меньшие, чем 1 квадратный сантиметр, этот подход смог сигнализировать опухолям всего 1 квадратный миллиметр.В отдельном исследовании, о котором также сообщают в текущей проблеме Науки Переводная Медицина, исследователи во главе со структурным биохимиком Жеромом Бонне из университета Монпелье во Франции следовали связанной стратегии обнаружить ключевой симптом диабета, а именно, поднятой глюкозы в моче человеческих пациентов. Исследователи добавили генетическую схему к бактериям так, чтобы они произвели большую сумму красного флуоресцентного протеина, как только концентрация глюкозы в их окружающей среде достигла определенного уровня.
В этом случае, однако, напряжение бригады E. coli не было введено в людей сначала, скорее просто добавил к образцам мочи, где они вызвали цветное изменение. На данный момент этот подход не немного лучше, чем стандартный метр глюкозы. Но потому что схема обнаружения может повторно ставиться целью для обнаружения других целей, она могла служить платформой для широкого спектра будущей диагностики.“Они – оба хорошие трансгрессии для области”, говорит Джим Коллинз, синтетический биолог в MIT.
Но он предостерегает, что оба подхода остаются годами далеко от того, чтобы быть утвержденным для клинического использования. Тим Лу, также синтетический биолог в MIT, соглашается. “Взятый вместе эта пара бумаг демонстрирует, что синтетическая биология будет полезна не только для терапии, но и диагностики также”.
Это могло бы просто дать бактериям хорошую репутацию, в конце концов.