CRISPR을 활용하여 결장암을 식별하는 첨단 바이오센서

기술적으로 진보된 생물학적 센서의 새로운 장으로 밀어붙이는 캘리포니아 샌디에이고 대학의 과학자들과 호주의 동료들은 살아있는 유기체에서 종양 DNA의 존재를 감지할 수 있는 박테리아를 조작했습니다.

생쥐의 결장에서 암을 감지한 그들의 혁신은 다양한 감염, 암 및 기타 질병을 식별할 수 있는 새로운 바이오센서로 가는 길을 열 수 있습니다.

이 발전은 2023년 8월 11일 사이언스 저널에 설명되어 있습니다. 이전에 박테리아는 다양한 진단 및 치료 기능을 수행하도록 설계되었지만 세포 외부에서 특정 DNA 서열 및 돌연변이를 식별하는 능력이 부족했습니다. 새로운 “표적화된 CRISPR-차별 수평적 유전자 전달을 위한 세포 분석” 또는 “CATCH”는 바로 그렇게 하도록 설계되었습니다.

“4년 전 이 프로젝트를 시작했을 때 박테리아를 포유류 DNA 센서로 사용하는 것이 가능한지조차 확신할 수 없었습니다. 제이콥스 공과대학. “위장관 암 및 전암성 병변의 검출은 본 발명을 적용할 수 있는 매력적인 임상 기회입니다.”

종양은 DNA를 주변 환경으로 분산시키거나 흘리는 것으로 알려져 있습니다. 많은 기술이 실험실에서 정제된 DNA를 분석할 수 있지만 DNA가 방출되는 곳에서는 감지할 수 없습니다. CATCH 전략에 따라 연구원들은 CRISPR 기술을 사용하여 박테리아를 조작하여 게놈 수준에서 자유 부동 DNA 서열을 테스트하고 해당 샘플을 미리 결정된 암 서열과 비교했습니다.

이 연구의 공동 제1저자이자 UC 샌디에이고 합성 생물학 연구소의 과학자인 롭 쿠퍼(Rob Cooper)는 “많은 박테리아가 환경에서 DNA를 흡수할 수 있는데, 이는 자연적 역량으로 알려져 있다”고 말했다. Hasty, Cooper 및 호주 의사 Dan Worthley는 미국에서 암 관련 사망의 세 번째 주요 원인인 박테리아 및 결장직장암과 관련하여 자연적 역량이라는 아이디어에 대해 협력했습니다.

그들은 대장암에서 방출된 DNA를 감지하기 위해 장 내부에 배치할 수 있는 새로운 바이오센서로서 대장에 이미 널리 퍼져 있는 박테리아를 조작할 가능성을 공식화하기 시작했습니다. 그들은 쿠퍼가 DNA를 채취하고 이를 분석하기 위해 CRISPR을 사용하는 데 필요한 요소를 식별한 박테리아인 Acinetobacter baylyi에 초점을 맞췄습니다.

“무세포 DNA가 신호 또는 입력으로 동원될 수 있다는 것을 알고 우리는 질병 탐지 시간과 장소에서 종양 DNA에 반응할 박테리아를 조작하기 시작했습니다.”라고 위장병학자이자 암 연구원인 Worthley는 말했습니다. 호주 브리즈번의 대장내시경 클리닉.

호주 동료 Susan Woods 및 Josephine Wright와 함께 연구원들은 Acinetobacter baylyi를 센서로 설계, 구축 및 테스트하여 많은 암에서 돌연변이가 발생하는 유전자인 KRAS의 DNA를 식별했습니다. 그들은 KRAS의 정상(돌연변이되지 않은) 사본과 돌연변이를 구별하도록 설계된 CRISPR 시스템으로 박테리아를 프로그래밍했습니다. 이는 예를 들어 전암성 폴립과 암에서 발견되는 KRAS의 돌연변이 형태를 취한 박테리아만이 생존하여 질병에 신호를 보내거나 반응할 수 있음을 의미합니다.

새로운 연구는 수평적 유전자 전달과 관련된 이전 아이디어를 기반으로 합니다. 수평적 유전자 전달은 전통적인 부모-자식 유전 유전과는 다른 방식으로 유기체가 서로 간에 유전 물질을 이동하는 데 사용하는 기술입니다. 수평적 유전자 전달은 박테리아에서 박테리아로 널리 알려져 있지만, 연구원들은 이 개념을 포유류 종양과 인간 세포에서 박테리아로 적용하는 목표를 달성했습니다.

Wright는 “현미경으로 종양 DNA를 흡수한 박테리아를 보았을 때 정말 놀랐습니다. 종양이 있는 쥐는 항생제 플레이트에서 성장할 수 있는 능력을 획득한 녹색 박테리아 콜로니를 성장시켰습니다.”라고 말했습니다.

연구원들은 이제 인간의 암과 감염을 탐지하고 치료하기 위해 새로운 회로와 다양한 유형의 박테리아로 박테리아 바이오센서 전략을 조정하고 있습니다.

Woods는 “박테리아의 흐름에 잠긴 종양인 대장암을 예방하기 위해 박테리아를 조작할 수 있는 가능성이 매우 큽니다. 이 종양은 진행을 돕거나 방해할 수 있습니다.”라고 말했습니다.

이 연구에 참여하지 않은 컬럼비아 대학의 부교수 Siddhartha Mukherjee는 미래에 “질병은 알약이 아닌 세포에 의해 치료되고 예방될 것입니다. 장에서 DNA를 감지할 수 있는 살아있는 박테리아는 위장관 및 기타 여러 암을 찾아 파괴하는 파수꾼 역할을 합니다.”

새로운 발명품에는 추가 개발과 개선이 필요하지만 UC San Diego의 합성 생물학 팀은 계속해서 고급 바이오센서 전략을 최적화하고 있다고 UC San Diego의 분자생물학과, Shu Chien-Gene Lay 생명공학과와 제휴하고 있는 Hasty는 말했습니다.

Worthley는 “아무도 대장암으로 죽을 필요가 없는 미래가 있습니다”라고 믿습니다. “우리는 이 연구가 이 목표를 추구하는 생명 공학자, 과학자 및 미래의 임상의에게 유용하기를 바랍니다.”

사이언스 논문의 공저자는 Robert Cooper, Josephine Wright, Jia Ng, Jarrad Goyne, Nobumi Suzuki, Young Lee, Mari Ichinose, Georgette Radford, Feargal Ryan, Shalni Kumar, Elaine Thomas, Laura Vrbanac, Rob Knight, Susan Woods, 다니엘 워슬리와 제프 헤이스티.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/08/230810140813.htm