Genetiği Değiştirilmiş Bakteriler İlk Kez Kanser Hücrelerini Tespit Etti
Tıp teknolojisi ilerledikçe, birçok hastalık haplar yerine hücrelerle tespit edilebilecek, önlenebilecek ve tedavi edilebilecektir.
Tıbbın bu dalına hücresel ya da hücre tedavisi deniyor. Klinik uygulamada, ciddi bir gastrointestinal enfeksiyon geçiren hastalara dışkıdan mikrop nakli (“kaka nakli”) yapılması ya da kan kanserinin tedavisi için kemik iliği nakli yapılması gibi bazı durumlarda halihazırda kullanılmaktadır.
Sentetik biyolojiyi kullanarak, çeşitli hastalıkları yönetmemize yardımcı olabilecek yeni ve gelişmiş hücreler de tasarlayabiliriz. Bugün Science dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada, meslektaşlarım ve ben, kanser hücrelerini başarılı bir şekilde tespit etmek için bakterileri nasıl tasarladığımızı açıklıyoruz.
Yetkin bakterilerden yararlanmak
Projemiz, meslektaşımız Jeff Hasty’nin California San Diego Üniversitesi’ndeki haftalık laboratuvar toplantısı sırasında sentetik biyolog Rob Cooper’ın yaptığı bir sunumla başladı. Rob bakterilerde genler ve gen aktarımı üzerinde çalışıyordu.
Genler, genetik kalıtımın temel birimidir. Size annenizin gülümsemesini ya da babanızın göz rengini veren şeydir.
Gen aktarımı (veya kalıtım), genlerin bir hücreden diğerine geçtiği süreçtir. Bir hücre DNA’sını kopyaladığında ve iki ayrı hücreye bölündüğünde dikey olarak kalıtılabilirler. Üremede olan budur ve çocuklar DNA’yı ebeveynlerinden bu şekilde miras alırlar.
Bununla birlikte, genler yatay olarak da kalıtılabilir – DNA, ebeveynden yavruya kalıtımın dışında, akraba olmayan hücreler arasında geçtiğinde.
Yatay gen aktarımı mikrobiyal dünyada oldukça yaygındır. Bazı bakteriler, yakın çevrelerinde bulunan hücresiz DNA’dan genleri kurtarabilir. Bu serbest dolaşan DNA, hücreler öldüğünde serbest kalır. Bakteriler hücresiz DNA’yı hücrelerine topladığında, buna doğal yetkinlik denir.
Böylece, yetkin bakteriler yakın çevrelerini örnekleyebilir ve bunu yaparken kendilerine avantaj sağlayabilecek genler edinebilirler.
Rob’un konuşmasından sonra çılgınca bir spekülasyona giriştik. Eğer bakteriler DNA’yı alabiliyorsa ve kanser genetik olarak DNA’daki bir değişiklikle tanımlanıyorsa, teorik olarak bakteriler kanseri tespit edecek şekilde tasarlanabilir.
Kolorektal kanser mantıklı bir kavram kanıtı gibi görünüyordu çünkü bağırsak sadece mikroplarla dolu değil, aynı zamanda kanser tarafından vurulduğunda tümör DNA’sı ile de doludur.
Bakteriyi test ettik
Doğal olarak yetkin bir bakteri olan Acinetobacter baylyi, hastalık tespit eden bir hücre olan deneysel biyosensör olarak seçildi.
Ekibimiz A. baylyi genomunu, yakalamak istediğimiz bir insan kanser geninde bulunan DNA’yı yansıtacak şekilde uzun DNA dizileri içerecek şekilde değiştirdi. Bu “tamamlayıcı” DNA dizileri yapışkan iniş pistleri olarak işlev gördü – spesifik tümör DNA’sı bakteri tarafından alındığında, bakteriyel genoma entegre olma olasılığı daha yüksekti.
Tümör DNA’sını entegre etmek – yerinde tutmak – önemliydi. Bunu yaparken, diğer entegre genleri, bu durumda bir antibiyotik direnç genini, tespit edilen kanser için bir sinyal olarak aktive edebilirdik.
Sinyal şu şekilde çalışacaktı: eğer bakteriler antibiyotik yüklü kültür plakaları üzerinde büyütülebiliyorsa, antibiyotik direnç geni aktifti. Dolayısıyla kanseri tespit etmişlerdi.
Yeni bakteriyel biyosensörlerimizin ve tümör hücrelerinin giderek karmaşıklaşan sistemlerde bir araya getirildiği bir dizi deney gerçekleştirdik.
Başlangıçta, biyosensörü saflaştırılmış tümör DNA’sı ile marine ettik. Yani, biyosensörümüze tam olarak tespit etmek için üretildiği DNA’yı sunduk – ve çalıştı. Daha sonra, biyosensörü canlı tümör hücreleriyle birlikte büyüttük. Yine tümör DNA’sını tespit etti.
Nihayetinde, biyosensörü tümörü olan ya da olmayan canlı farelere verdik. Kolorektal kanser fare modelinde, fare kolonoskopisi kullanarak fare kolorektal kanser hücrelerini kolona enjekte ettik.
Birkaç hafta boyunca, kanser hücreleri enjekte edilen farelerde tümör gelişirken, enjekte edilmeyen fareler sağlıklı karşılaştırma grubu olarak görev yapıyor. Biyosensörümüz kolorektal kanseri olan ve olmayan fareler arasında mükemmel bir ayrım yapmıştır.
Bu cesaret verici sonuçlardan sonra bakteriyi daha da geliştirdik. Biyosensör artık tümör DNA’sındaki tek baz çifti değişikliklerini ayırt edebiliyor ve genleri nasıl tespit edip hedefleyeceği konusunda ince ayarlı bir hassasiyet sağlıyor. Bu teknolojiye CATCH adını verdik: hedeflenmiş, CRISPR ile ayrıştırılmış yatay gen transferi için hücresel deney.
CATCH büyük umut vaat ediyor. Bu teknoloji, hücresiz DNA’yı sentetik biyolojik devreler için yeni bir girdi olarak ve dolayısıyla başta enfeksiyonlar ve kanserler olmak üzere bir dizi farklı hastalığın tespiti için kullanmaktadır.
Ancak henüz klinikte kullanılmaya hazır değil. DNA tespitinin verimliliğini artırmak, bu biyosensörün performansını diğer tanı testlerine kıyasla daha eleştirel bir şekilde değerlendirmek ve tabii ki hasta ve çevre güvenliğini sağlamak için sonraki adımlar üzerinde aktif olarak çalışıyoruz.
Ancak hücresel sağlık hizmetlerinin en heyecan verici yönü, sadece hastalığın tespit edilmesi değildir. Bir laboratuvar bunu yapabilir.
Ancak bir laboratuvarın yapamayacağı şey, hastalığın tespitini (bir teşhis), hastalığa uygun bir tedavi ile yanıt veren hücrelerle eşleştirmektir.
Bu, biyosensörlerin bir hastalık sinyalinin – bu durumda, hücresiz DNA’nın belirli bir dizisi – doğrudan hastalığın gerçek zamanlı olarak tespit edildiği noktada belirli bir biyolojik tedaviyi tetikleyebileceği şekilde programlanabileceği anlamına gelir.
Kaynak: https://www.iflscience.com
Derleyen: Figen Berber
Bağışıklık Sistemini Güçlendirmenin Yeni Bir Yolunu Keşfedildi