Science:美研究人员设计出能检测肿瘤DNA的细菌
加州大学圣地亚哥分校的研究人员与澳大利亚同行成功设计出一种能在活体内检测肿瘤DNA的细菌,这可望开创生物传感器技术的新篇章。这项创新成果发表在《科学》杂志上。
这种名为“CATCH”的细菌可以识别特定DNA序列和突变,这在以前是细菌所不具备的能力。研究团队负责人加州大学圣地亚哥分校教授杰夫·哈斯蒂表示,他们四年前启动这个项目时,还不确定使用细菌作为哺乳动物DNA的传感器是否可行。他认为,这项发明在检测胃肠道癌症方面具有巨大的临床应用前景。
上图:通过自然转化能力,不动杆菌可以从环境中摄取DNA。这使得横向基因转移成为可能,环境中的游离DNA可以整合入不动杆菌的基因组。
下图:研究人员改造了不动杆菌,使其能发现KRAS基因的突变形式。KRAS基因的突变可以促进结肠直肠癌的生长。当检测到肿瘤DNA时,细菌中的抗生素抗性基因被激活,确认检测到了肿瘤。
来源:Cooper等人的研究
肿瘤会将DNA释放到周围环境中。许多技术可以在实验室中分析提纯的DNA,但无法检测释放的DNA。CATCH技术利用CRISPR技术重新设计细菌,可以在基因组水平上测试自由浮动的DNA序列,并将其与预设的癌症序列进行比较。
研究第一作者、加州大学圣地亚哥分校合成生物学研究所科学家罗布·库珀表示,许多细菌可以从环境中摄取DNA,这种被称为“自然转化能力”的技能。哈斯蒂、库珀和澳大利亚医生丹·沃思利合作,将这一能力与结肠癌联系起来,设计出可以在肠道内检测由结肠肿瘤释放的DNA的新型生物传感器。
他们选择了一种天然具有DNA摄取能力和可通过CRISPR分析DNA的细菌——不动杆菌属的一种细菌。沃思利是澳大利亚布里斯班结肠镜诊所的胃肠病学家和癌症研究员。研究团队设计并测试了这种细菌,使其能作为KRAS基因突变的传感器,KRAS是许多癌症中的致癌驱动基因。
这项突破性研究将基于源自肿瘤和人体细胞的自由DNA的概念,而这在以前被认为是不可能实现的。研究者们正在将这种细菌生物传感器策略进行扩展和优化,以用于检测和治疗各种人类癌症和感染。这项发明还需要进一步开发和改进,但它为未来无创诊断和治疗疾病开辟了新的可能。
参考文献:
Robert M. Cooper et al, Engineered bacteria detect tumor DNA, Science (2023).
DOI: 10.1126/science.adf3974.
www.science.org/doi/10.1126/science.adf3974
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