2023年8月11日，來自美國加州大學圣迭戈分校Jeff Hasty等研究人員合作在《科學》雜志上發(fā)表了標題為“Engineered bacteria detect tumor DNA. ”的研究成果，發(fā)現(xiàn)工程化細菌可檢測腫瘤DNA。

據(jù)了解，合成生物學已經(jīng)開發(fā)出精密的細胞生物傳感器，用于檢測和應對人類疾病。然而，生物傳感器尚未被設計用于檢測特定的細胞外DNA序列和突變。

研究人員改造了具有自然能力的貝氏不動桿菌，用于檢測來自結(jié)直腸癌（CRC）細胞、器官組織和腫瘤基因組的供體DNA。研究人員通過共培養(yǎng)試驗在體外鑒定了生物傳感器的功能，然后通過將傳感器細菌送入攜帶結(jié)直腸腫瘤的小鼠體內(nèi)進行了體內(nèi)驗證。

該研究在體外通過共培養(yǎng)實驗表征了生物傳感器的功能，然后在體內(nèi)用傳感器細菌傳遞給攜帶結(jié)直腸腫瘤的小鼠進行驗證。在小鼠CRC模型中，該研究觀察到從腫瘤到傳感器細菌的水平基因轉(zhuǎn)移。這種靶向的、CRISPR識別水平基因轉(zhuǎn)移(CATCH)的細胞檢測能夠?qū)μ囟ǖ臒o細胞DNA進行生物檢測。

細菌工程促進了活細胞診斷和治療方法的發(fā)展，包括對腸道炎癥、腸道出血、病原體和缺氧腫瘤做出反應的微生物。細菌可以進入整個胃腸道，產(chǎn)生糞便或尿液。細胞記憶，如雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)或基因組重排，使細菌能夠隨時間存儲信息。一些細菌天生具有轉(zhuǎn)化能力，可以直接從其環(huán)境中提取細胞外DNA樣本。自然能力是水平基因轉(zhuǎn)移(HGT)的一種機制，即生物之間的遺傳物質(zhì)交換，而不是垂直的“親本到后代”傳播。HGT在微生物中很常見。它也可能發(fā)生從微生物到動物和植物，并在相反的方向，從真核生物到原核生物。然而，細菌通過HGT檢測和響應哺乳動物DNA的正向工程尚未被探索。

該文描述的傳感器細菌表明，活體生物傳感器可以檢測腸道中CRC脫落的特定哺乳動物DNA，無需樣品制備或處理。工程供體盒不需要CATCH生物傳感器來檢測、區(qū)分和報告目標序列，盡管最終的天然DNA生物傳感器將需要改進的信號背景比來可靠地檢測整個基因組DNA中的序列。同源臂和CRISPR間隔器是模塊化的，因此該策略可以很容易地用于檢測和分析任意感興趣的目標序列。

在小鼠CRC模型中，研究人員觀察到了從腫瘤到傳感細菌的水平基因轉(zhuǎn)移。這種針對CRISPR區(qū)分水平基因轉(zhuǎn)移（CATCH）的細胞檢測方法能夠?qū)μ囟ǖ臒o細胞DNA進行生物檢測。

體外DNA分析有助于檢測和管理重要的人類疾病，包括癌癥和感染。然而，體外傳感需要潛在的侵入性樣品去除，許多DNA診斷不能達到臨床相關(guān)的序列分辨率，更先進的技術(shù)仍然過于昂貴，無法在所有環(huán)境中常規(guī)使用。在體內(nèi)對腸道進行直接取樣可能具有重要的優(yōu)勢。胃腸道含有顯著的脫氧核糖核酸酶(DNase)活性，這限制了嚙齒動物和人類游離DNA的壽命，從而可能降低下游糞便樣本的信息含量。

文章來源：

Cooper, Josephine A. Wright et al,  Engineered bacteria detect tumor DNA.Robert M. Science：最新IF：63.714