به گزارش سیناپرس همدان، با پیشرفت فناوری پزشکی، بسیاری از بیماری‌ها را می‌توان به جای دارو، با سلول‌ها شناسایی، پیشگیری و درمان کرد.
با استفاده از زیست شناسی مصنوعی، ما همچنین می توانیم سلول های جدید و بهبود یافته ای را مهندسی کنیم که می تواند به ما در مدیریت بیماری های مختلف کمک کند. در مطالعه جدیدی که در Science منتشر شد، من و همکارانم توضیح می‌دهیم که چگونه باکتری‌ها را برای شناسایی موفقیت‌آمیز سلول‌های سرطانی مهندسی کردیم.
پروژه ما با ارائه ای توسط راب کوپر زیست شناس مصنوعی در طول جلسه آزمایشگاهی هفتگی همکارمان جف هستی در دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو آغاز شد. راب در حال مطالعه ژن ها و انتقال ژن به باکتری ها بود.
ژن ها واحد اساسی وراثت ژنتیکی هستند. این چیزی است که به شما چال روی گونه ی مادر یا رنگ چشم پدرتان را می دهد.
انتقال ژن (یا وراثت) فرآیندی است که طی آن ژن ها از یک سلول به سلول دیگر منتقل می شوند. آنها ممکن است به صورت عمودی به ارث برده شوند، زمانی که یک سلول DNA خود را تکثیر می کند و به دو سلول جداگانه تقسیم می شود. این چیزی است که در تولید مثل اتفاق می افتد و کودکان DNA را از والدین خود به ارث می برند.
با این حال، ژن ها ممکن است به صورت افقی نیز به ارث برسند، زمانی که DNA بین سلول های نامرتبط، خارج از وراثت از یک نسل به نسل جدید منتقل می شود.
انتقال افقی ژن در دنیای میکروب ها بسیار رایج است. برخی از باکتری‌ها می‌توانند ژن‌ها را از DNA بدون سلولی که در محیط اطراف آنها یافت می‌شود جذب کنند. این DNA شناور آزاد با مرگ سلول ها آزاد می شود. هنگامی که باکتری ها DNA خارج سلولی را به سلول های خود می رسانند، به آن شایستگی طبیعی می گویند.
بنابراین، باکتری‌های دارای این خصوصیت می‌توانند از محیط اطراف خود نمونه‌برداری کنند و با انجام این کار، ژن‌هایی را به دست آورند که ممکن است مزیتی برای آنها ایجاد کند.
پس از صحبت های راب، ما درگیر گمانه زنی های دیوانه کننده ای شدیم. اگر باکتری بتواند DNA را جذب کند و سرطان به طور ژنتیکی با تغییر در DNA آن تعریف شود، از نظر تئوری، باکتری ها می توانند برای تشخیص سرطان مهندسی شوند.
سرطان کولورکتال دلیل منطقی این مفهوم به نظر می رسید، زیرا روده نه تنها مملو از میکروب است، بلکه مملو از DNA تومور در هنگام ابتلا به سرطان نیز هست.
Acinetobacter baylyi، یک باکتری طبیعی، به عنوان حسگر زیستی تجربی (یک سلول تشخیص دهنده بیماری) انتخاب شد.
تیم ما ژنوم A. baylyi را به گونه ای تغییر داد که حاوی توالی های طولانی از DNA باشد تا DNA موجود در ژن سرطان انسانی را که ما علاقه مند به گرفتن آن بودیم منعکس کند. این توالی‌های DNA «مکمل» به‌عنوان سکوهای اتصال عمل می‌کردند، به این صورت که زمانی که DNA تومور خاصی توسط باکتری‌ها گرفته شد، احتمال ادغام آن در ژنوم باکتری بیشتر بود.
ادغام، در جای خود، DNA تومور مهم بود. با انجام این کار، می‌توانیم سایر ژن‌های یکپارچه، در این مورد ژن مقاومت آنتی‌بیوتیکی را به عنوان سیگنالی برای سرطان در حال شناسایی فعال کنیم.
سیگنال به صورت زیر عمل می کند: اگر باکتری ها می توانستند روی صفحات کشت مملو از آنتی بیوتیک رشد کنند، ژن مقاومت آنتی بیوتیکی آنها فعال بود. بنابراین آنها سرطان را تشخیص داده بودند.
ما مجموعه‌ای از آزمایش‌ها را انجام دادیم که در آن حسگرهای زیستی باکتریایی و سلول‌های تومور جدید ما در سیستم‌های پیچیده‌تر گرد هم آمدند.
در ابتدا، ما به سادگی بیوسنسور را با DNA تومور خالص شده مارین کردیم. یعنی، ما به حسگر زیستی خود DNA دقیقی را ارائه کردیم که برای شناسایی ساخته شده بود، و کار کرد. سپس، حسگر زیستی را در کنار سلول‌های تومور زنده رشد دادیم. و دوباره این زیست حسگر، DNA تومور را شناسایی کرد.
در نهایت، ما بیوسنسور را به موش‌های زنده‌ای که تومور داشتند یا نداشتند، تحویل دادیم. در مدل موش سرطان کولورکتال، سلول‌های سرطان کولورکتال موش را با استفاده از کولونوسکوپی موش به ناحیه کولون تزریق می‌کنیم.
طی چند هفته، موش‌هایی که سلول‌های سرطانی به آنها تزریق شد، تومور ایجاد کردند، در حالی که موش‌هایی که تزریق نشدند به عنوان گروه مقایسه سالم عمل می‌کنند. حسگر زیستی ما بین موش‌های مبتلا به سرطان روده بزرگ و بدون سرطان روده بزرگ تمایز قائل شد.
پس از این نتایج دلگرم‌کننده، ما باکتری‌ها را حتی بیشتر مهندسی کردیم. این حسگر زیستی اکنون می‌تواند تغییرات یک جفت باز را در DNA تومور تشخیص دهد و به دقت تنظیم شده در نحوه شناسایی و هدف‌گیری ژن‌ها امکان‌پذیر است. ما نام این فناوری را CATCH گذاشته‌ایم: سنجش سلولی برای انتقال ژن افقی هدفمند و با تمایز CRISPR.
CATCH دستاورد بزرگی است. این فناوری از DNA خارج سلولی به عنوان ورودی جدید برای مدارهای بیولوژیکی مصنوعی و در نتیجه برای تشخیص طیف وسیعی از بیماری ها، به ویژه عفونت ها و سرطان ها استفاده می کند.
اما هنوز برای استفاده در کلینیک آماده نیست. ما فعالانه روی مراحل بعدی کار می کنیم، افزایش کارایی تشخیص DNA، ارزیابی انتقادی تر عملکرد این حسگر زیستی در مقایسه با سایر تست های تشخیصی، و البته، اطمینان از ایمنی بیمار و محیط زیست از دیگر اهداف ماست.
هیجان‌انگیزترین جنبه مراقبت از سلامت سلولی، تنها در تشخیص بیماری نیست. یک آزمایشگاه می تواند این کار را انجام دهد. اما کاری که آزمایشگاه نمی تواند انجام دهد این است که تشخیص بیماری را با سلول هایی که در واقع با درمان مناسب به بیماری پاسخ می دهند، جفت کند.
این بدان معناست که حسگرهای زیستی می‌توانند به گونه‌ای برنامه‌ریزی شوند که یک سیگنال بیماری، در این مورد، توالی خاصی از DNA خارج سلولی، بتواند یک درمان بیولوژیکی خاص را مستقیماً در نقطه‌ای که بیماری در زمان واقعی تشخیص داده می‌شود، راه‌اندازی کند.
منبع: Science
مترجم: کیانوش کرمی