Главным героем необычной биотехнологии, разработанной специалистами Университета Ватерлоо стала бактерия Clostridium sporogenes, обитатель почвы, способный выживать только при полном отсутствии кислорода. Внутреннее ядро опухолей состоит из мертвых клеток и лишено кислорода — то есть там идеальные условия для размножения этого микроба.
«Споры бактерий проникают в опухоль и обнаруживают среду с большим количеством питательных веществ и без кислорода — именно то, что предпочитает этот организм, — объясняет профессор химической инженерии Марк Окуэн. — Микроб начинает потреблять эти питательные вещества и расти. Мы колонизируем центральную часть опухоли, и бактерия по сути избавляет организм от нее».
Однако есть проблема: когда бактерии распространяются к внешним слоям опухоли, где появляется небольшое количество кислорода, они погибают, не успев полностью уничтожить раковые клетки. Чтобы преодолеть это ограничение, ученые встроили в бактерию ген от родственного микроорганизма, более устойчивого к кислороду.
Активировать такую способность слишком рано опасно: бактерии могли бы размножаться в богатых кислородом местах, например, в кровотоке. Для контроля ученые использовали естественный механизм бактериальной коммуникации — чувство кворума. Бактерии выделяют химические сигналы, и чем больше их накапливается, тем сильнее сигнал. Только когда концентрация бактерий внутри опухоли достигает определенного уровня, включается ген устойчивости к кислороду.
«Используя синтетическую биологию, мы построили нечто вроде электрической цепи, только вместо проводов использовали фрагменты ДНК, — рассказывает профессор прикладной математики Брайан Ингаллс. — У каждого фрагмента своя задача. Когда они правильно собраны, получается система, работающая предсказуемым образом».
В предыдущих исследованиях команда показала, что Clostridium sporogenes можно генетически модифицировать для повышения устойчивости к кислороду. В следующем эксперименте ученые проверили работу чувства кворума, запрограммировав бактерии производить зеленый флуоресцентный белок, — это позволило подтвердить, что механизм активируется строго в нужный момент.
Следующий шаг — объединить ген устойчивости к кислороду и систему контроля в одной бактерии и провести доклинические испытания на опухолях. Так объединенные усилия специалистов в области инженерии, математики и наук о жизни превращают фундаментальные открытия в решения, способные совершить настоящую революцию в медицине.
Ранее ученые создали уникальный световой сенсор, который обнаруживает рак на сверхранних стадиях.
