Бактерии-диагносты

Бактерии-диагносты

Большинство из нас думают о бактериях как о враге, но в каждом из наших тел есть триллионы микробов, большинство из которых выполняют полезные функции. Современные методы генной инженерии позволяют “перепрограммировать” микроорганизмы и придать им новые ценные свойства. Группа биологов создала генетически модифицированные микроорганизмы, способные обнаруживать рак у мышей.

Клиницисты стремятся использовать микроорганизмы уже более ста лет. Ещё в 1891 году американский врач Уильям Коли вводил своим пациентам бактериальные колонии в надежде, что это поможет бороться с неоперабельными опухолями. Лечение иногда работало, отчасти потому, что микробы преимущественно искали опухолевую ткань, которая богата питательными веществами, но имеет мало иммунных клеток, чтобы отразить патогены. С появлением химио- и радиотерапии такой подход был забыт. Совсем недавно синтетические биологи начали модифицировать бактерии для борьбы с раком и другими заболеваниями, изменяя их секрецию для вырабатывания токсинов внутри опухолей. Некоторые работы дошли до клинических испытаний, но внедрение этих методов терапии так и не было одобрено. 

Гораздо меньше усилий было направлено на использования бактерий в качестве теста на наличие патологии. Сангета Бхатия, биоинженер из Массачусетского технологического института (MIT) и ее коллеги работали над обнаружением рака с использованием металлических наночастиц. В присутствии опухоли частицы высвобождали фрагменты белков, называемых пептидами, которые могли быть обнаружены в моче. Но, к сожалению, сигнал часто был слишком слабым, чтобы достоверно диагностировать заболевание. Тогда ученые обратились к микроорганизмам. Группа Бхатии объединилась с командой во главе с Джеффом Хейсти, биоинженером из Калифорнийского университета в Сан-Диего, чтобы перепрограммировать бактерии, которые в присутствии рака будут выделять люминесцентный секрет, заметный в моче. 

Ученые начали с безвредного штамма бактерий под названием Escherichia coli Nissle 1917, который обычно добавляют в йогурт и другие продукты в качестве пробиотика для улучшения здоровья пищеварительной системы. Сначала они скормили бактерии мышам и подтвердили, что микробы пересекли кишечник. Затем они убедились, что бактерии мигрировали из кишечника в поражённую раком печень.

На втором этапе учёные научили бактерии при контакте с опухолью производить фермент LacZ. Модифицированную палочку вводили мышам вместе с особым веществом. Оно представляло собой люминесцирующую молекулу люциферина, но связанную сахаром, который блокировал способность излучать свет. Когда обе части этой молекулы связаны друг с другом, пара не излучает свет, но фермент LacZ действует как ножницы, разделяя их на две части.

Таким образом, у мышей с раком печени, населенной E. coli, LacZ, продуцируемый микробами, высвобождал люминесцентное соединение, которое затем выводилось из мочи животных, превращая эти образцы из желтого в красный. Новая технология позволяет безошибочно определить опухоль размером один квадратный миллиметр в отличие от существующих методов диагностики, которые могут распознать опухоль размером не менее одного квадратного сантиметра.

Источник: sciencemag.org