Καθώς η ιατρική τεχνολογία προχωρά, πολλές ασθένειες θα μπορούσαν να ανιχνευθούν, να προληφθούν και να θεραπευτούν με κύτταρα και όχι με χάπια. Αυτός ο κλάδος της ιατρικής ονομάζεται κυτταρική θεραπεία. Χρησιμοποιείται ήδη στην κλινική πράξη σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως σε ασθενείς που λαμβάνουν μικροβιακά μοσχεύματα κοπράνων όταν έχουν σοβαρή γαστρεντερική λοίμωξη ή μεταμόσχευση μυελού των οστών για τη θεραπεία του καρκίνου του αίματος.
Χρησιμοποιώντας τη συνθετική βιολογία, μπορούμε επίσης να δημιουργήσουμε νέα και βελτιωμένα κύτταρα που θα μπορούσαν να μας βοηθήσουν να διαχειριστούμε διάφορες ασθένειες. Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε σήμερα (10 Αυγούστου) στο Science, οι ερευνητές περιέγραψαν πώς κατασκεύασαν τα βακτήρια για να ανιχνεύσουν με επιτυχία καρκινικά κύτταρα.
Αξιοποίηση ικανών βακτηρίων
Το έργο ξεκίνησε με μια παρουσίαση από τον συνθετικό βιολόγο Rob Cooper κατά τη διάρκεια της εβδομαδιαίας εργαστηριακής συνάντησης του συναδέλφου μας Jeff Hasty στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο. Ο Ρομπ μελετούσε γονίδια και μεταφορά γονιδίων σε βακτήρια. Τα γονίδια είναι η θεμελιώδης μονάδα της γενετικής κληρονομικότητας. Είναι το υλικό που σου δίνει το χαμόγελο της μητέρας σου ή το χρώμα των ματιών του πατέρα σου.
Η γονιδιακή μεταφορά (ή κληρονομικότητα) είναι η διαδικασία με την οποία τα γονίδια περνούν από το ένα κύτταρο στο άλλο. Μπορούν να κληρονομηθούν κάθετα – όταν ένα κύτταρο αντιγράφει το DNA του και διαιρείται σε δύο ξεχωριστά κύτταρα. Αυτό συμβαίνει στην αναπαραγωγή και πώς τα παιδιά κληρονομούν το DNA από τους γονείς τους. Ωστόσο, τα γονίδια μπορούν επίσης να κληρονομηθούν οριζόντια – όταν το DNA μεταβιβάζεται μεταξύ άσχετων κυττάρων, εκτός της κληρονομικότητας από γονέα σε απογόνους.
Η οριζόντια μεταφορά γονιδίων είναι αρκετά συνηθισμένη στον μικροβιακό κόσμο. Ορισμένα βακτήρια μπορούν να διασώσουν γονίδια από DNA χωρίς κύτταρα που βρίσκονται στο άμεσο περιβάλλον τους. Αυτό το ελεύθερα επιπλέον DNA απελευθερώνεται όταν τα κύτταρα πεθαίνουν. Όταν τα βακτήρια ανεβάζουν DNA χωρίς κύτταρα στα κύτταρά τους, αυτό ονομάζεται φυσική ικανότητα. Έτσι, τα ικανά βακτήρια μπορούν να δειγματίσουν το κοντινό τους περιβάλλον και, με αυτόν τον τρόπο, να αποκτήσουν γονίδια που μπορεί να τους παρέχουν ένα πλεονέκτημα.
Εάν τα βακτήρια μπορούν να προσλάβουν το DNA και ο καρκίνος ορίζεται γενετικά από μια αλλαγή στο DNA του, τότε, θεωρητικά, τα βακτήρια θα μπορούσαν να κατασκευαστούν για να ανιχνεύσουν τον καρκίνο. Ο καρκίνος του παχέος εντέρου φαινόταν μια λογική απόδειξη της ιδέας, καθώς το έντερο δεν είναι απλώς γεμάτο μικρόβια, αλλά είναι επίσης γεμάτο με DNA όγκου όταν χτυπηθεί από καρκίνο.
Βάζουμε το βακτήριο στους ρυθμούς του.
Η ομάδα τροποποίησε το γονιδίωμα του A. baylyi ώστε να περιέχει μακριές αλληλουχίες DNA για να αντικατοπτρίζει το DNA που βρέθηκε σε ένα ανθρώπινο γονίδιο καρκίνου που ενδιαφερόμασταν να συλλάβουμε. Αυτές οι «συμπληρωματικές» αλληλουχίες DNA λειτούργησαν ως κολλώδεις επιφάνειες προσγείωσης – όταν το συγκεκριμένο DNA όγκου απορροφήθηκε από τα βακτήρια, ήταν πιο πιθανό να ενσωματωθεί στο βακτηριακό γονιδίωμα.
Ήταν σημαντικό να ενσωματωθεί — να κρατηθεί στη θέση του — το DNA του όγκου. Με αυτόν τον τρόπο, θα μπορούσαμε να ενεργοποιήσουμε άλλα ολοκληρωμένα γονίδια, σε αυτήν την περίπτωση ένα γονίδιο ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά, ως σήμα για τον καρκίνο που ανιχνεύεται. Το σήμα θα λειτουργούσε ως εξής: εάν τα βακτήρια μπορούσαν να αναπτυχθούν σε πλακίδια καλλιέργειας με αντιβιοτικά, το γονίδιο αντίστασης στα αντιβιοτικά τους ήταν ενεργό. Επομένως είχαν εντοπίσει τον καρκίνο.
Κατά τη διάρκεια αρκετών εβδομάδων, τα ποντίκια στα οποία έγινε ένεση με καρκινικά κύτταρα αναπτύσσουν όγκους, ενώ τα ποντίκια στα οποία δεν έγινε ένεση χρησιμεύουν ως η υγιής ομάδα σύγκρισης. Ο βιοαισθητήρας μας έκανε τέλεια διάκριση μεταξύ ποντικών με και χωρίς καρκίνο του παχέος εντέρου.
Η πιο συναρπαστική πτυχή της κυτταρικής υγείας
Η φροντίδα, ωστόσο, δεν έγκειται στην απλή ανίχνευση της νόσου. Ένα εργαστήριο μπορεί να το κάνει αυτό. Αυτό όμως που δεν μπορεί να κάνει ένα εργαστήριο είναι να συνδυάσει την ανίχνευση της νόσου (μια διάγνωση) με τα κύτταρα που ανταποκρίνονται πραγματικά στην ασθένεια με την κατάλληλη θεραπεία. Αυτό σημαίνει ότι οι βιοαισθητήρες μπορούν να προγραμματιστούν έτσι ώστε ένα σήμα ασθένειας -στην περίπτωση αυτή, μια συγκεκριμένη αλληλουχία DNA χωρίς κύτταρα- θα μπορούσε να ενεργοποιήσει μια συγκεκριμένη βιολογική θεραπεία, απευθείας στο σημείο όπου ανιχνεύεται η ασθένεια σε πραγματικό χρόνο.
