O bacterie intestinală modificată a detectat, pentru prima dată, cu succes, prezența unei secvențe specifice de ADN. Abordarea ar putea fi utilizată pentru a crea senzori biologici, care să ofere avertizări timpurii cu privire la apariția cancerului sau la agenți patogeni periculoși.
„Această bacterie poate fi utilizată pentru detectarea cancerului și precancerului pe întregul tract gastrointestinal”, a declarat liderul echipei, Jeff Hasty, din cadrul Universității din California, San Diego.
Multe grupuri dezvoltă diferite tipuri de biosenzori pentru detectarea substanțelor chimice. Totuși, sistemele care ar putea detecta secvențe specifice de ADN ar fi extrem de versatile și ar putea avea tot felul de utilizări potențiale. Hasty a declarat faptul că această abordare ar putea fi utilizată și pentru detectarea holerei din sursele de apă potabilă, a malariei în apele în care se reproduc țânțari, a ciupercilor toxice din culturile sau din alimentele depozitate, precum și pentru monitorizarea microbilor prezenți în sistemele de canalizare.
„La nivelul intestinului, bacteriile ar putea fi utilizate pentru a trata infecțiile pe care le detectează. Infecțiile intestinale sau chiar infecțiile ce provoacă ulcerul diabetic sau vascular ar putea fi detectate și contracarate într-o etapă precoce”, a declarat Hasty.
Pentru a crea detectorul de ADN, Hasty a colaborat cu Daniel Worthley din cadrul Clinicii de Colonoscopie din Brisbane, Australia și alți cercetători. Aceștia au exploatat două lucruri.
În primul rând, multe specii bacteriene preiau în mod activ fragmente de ADN din mediu. De obicei, ele fac acest lucru pentru a utiliza ADN-ul ca sursă de hrană. Totuși, atunci când ADN-ul importat se potrivește cu o parte a genomului bacterian, secvența importată se poate integra în acesta.
În al doilea rând, majoritatea bacteriilor prezintă și o serie de sisteme imune CRISPR, care pot viza și distruge secvențe specifice de ADN.
Cercetătorii au proiectat o bacterie, denumită Acinetobacter baylyi, pentru a detecta o mutație cu o singură literă a ADN-ului dintr-o genă umană, denumită KRAS, care este regăsită în multe tipuri de cancer. Inițial, ei au programat sistemele CRISPR ale bacteriei pentru a consuma orice copie normală a genei KRAS pe care a interceptat-o bacteria, astfel încât numai secvențele mutante ar putea fi integrate în genomul bacteriei.
După aceea, cercetătorii s-au asigurat că, dacă ar avea loc integrarea genelor KRAS mutante, acest lucru ar face bacteriile rezistente la antibiotice. Cercetătorii au introdus bacteriile în intestinele unor șoareci care prezentau tumori colorectale, în cadrul cărora exista gena KRAS mutantă.
Atunci când probele fecale de la șoareci au fost plasate într-un un mediu în care exista un antibiotic, doar bacteriile A. baylyi prezente în cazul rozătoarelor cu tumori au crescut și au devenit vizibile.
„Din câte știu, acesta este primul exemplu de bacterii care sunt proiectate pentru a detecta secvențe specifice de ADN. Este întotdeauna interesant să vedem progrese precum acesta”, a declarat David Riglar din cadrul Colegiului Imperial din Londra, care nu a fost implicat în cercetare.
Secvențierea ADN-ului prezent în probele fecale nu este o modalitate fiabilă pentru detectarea cancerului la nivelul intestinului sau a agenților patogeni deoarece intestinul nostru conține un număr mare de enzime care absorb rapid orice ADN liber. Totuși, dacă detectarea ADN-ului are loc in situ în intestin, analiza se poate face înainte ca acesta să fie distrus”, a declarat Hasty.
El a adăugat faptul că sistemul de detectare bazat pe rezistența la antibiotice a fost folosit doar pentru dovedirea principiului. Echipa lucrează la modalități prin care să fie mai simplu de stabilit momentul în care bacteriile întâlnesc o moleculă țintă. O abordare ar putea consta în generarea de semnale vizuale, care ar putea fi detectate la nivelul fecalelor; o altă metodă ar putea fi aceea de a determina bacteriile să producă substanțe inofensive, care pot fi detectate prin teste de sânge.
De asemenea, echipa dezvoltă o serie de circuite genetice care să permită bacteriilor să detecteze oricare dintre multele mutații diferite. Acest lucru va fi necesar pentru a detecta cele mai multe tipuri de cancer, deoarece gena KRAS mutantă se regăsește în doar 13% dintre cazurile de cancere colorectal.
„Aceasta este o abordare foarte interesantă. Totuși, încă există o serie de provocări de rezolvat înainte ca sistemul bacterian să devină un instrument eficient de diagnosticare”, a declarat Riglar.