Как правило, слово бактерия вызывает у людей негативные ассоциации с болезнями. Но на самом деле наш организм является домом для множества микроорганизмов, большинство из которых выполняют полезные функции.
Помимо этого бактерии давно используются в самых разных областях человеческой жизни: от лабораторных исследований и фармацевтики до сельского хозяйства и пищевой промышленности. Современные методы генной инженерии позволяют "перепрограммировать" микроорганизмы и наделить их новыми ценными свойствами. Так, две группы биологов создали генно-модифицированные микроорганизмы, способные обнаруживать рак у мышей и диабет у человека.
Ещё в 1891 году американский медик Уильям Коли (William Coley) вводил бактериальные колонии своим пациентам в надежде, что это поможет бороться с неоперабельными опухолями. Иногда такое лечение работало, благодаря тому что микробы действительно предпочитали оседать в районе опухоли, богатой питательными веществами. Однако присутствующие там же иммунные клетки зачастую сводили все усилия микроорганизмов на нет.
С появлением химио- и радиотерапии про такой подход и вовсе забыли. А с внедрением технологий редактирования геномов бактерий снова стали рассматривать, как перспективное оружие в борьбе с болезнями. Например, их стали программировать на выпуск токсинов внутри опухоли. Несколько работ даже дошли до клинических испытаний, но пока новые методы терапии не были утверждены. Кроме того, до сих пор недостаточно много внимания уделялось возможности использования бактерий в качестве теста на наличие патологии.
Сангита Бхатия (Sangeeta Bhatia) из Массачусетского технологического института и её коллеги ранее работали над обнаружением рака с использованием металлических наночастиц. В присутствии опухоли частицы должны были выпускать особые пептиды, которые могут быть обнаружены в моче. Но, к сожалению, сигнал часто был слишком слабым, чтобы достоверно диагностировать заболевание. Тогда учёные обратились к микроорганизмам.
Команда объединила усилия с группой биоинженеров из Калифорнийского университета в Сан-Диего (UC San Diego), чтобы вместе научить бактерии в присутствии рака выделять люминесцентный секрет, заметный в моче. Исследователи скармливали мышам безобидный штамм кишечной палочки, который обычно добавляют в йогурт и другие продукты для помощи в пищеварении. Затем они убедились, что бактерии мигрировали из кишечника в поражённую раком печень.
"Мы поняли, что пока не в состоянии ввести столько бактерий, чтобы получить достаточную концентрацию для диагностики опухоли по всему телу, но мы предположили, что если опухоль находится в печени, там будет собираться максимальное число микроорганизмов", — говорит в пресс-релизе Бхатия.
На втором этапе учёные "научили" бактерии при контакте с опухолью производить фермент LacZ. Модифицированную палочку вводили мышам вместе с особым веществом. Оно представляло собой люминесцирующую молекулу люцеферина, но связанную сахаром, который блокировал способность излучать свет.
У мышей с опухолью печени микроорганизмы начинали синтезировать LacZ, который как ножницы разрезал комплекс, возвращая люцеферину его свойства к свечению. В результате у больных животных моча меняла цвет с жёлтого на красный. Как сообщается в статье, опубликованной в издании Science Translational Medicine, в отличие от существующих методов диагностики, которые могут распознать опухоль размером не менее одного квадратного сантиметра, новая технология безошибочно определяет опухоль размером один квадратный миллиметр.
Одновременно в том же издании была опубликована статья о результатах работы учёных из Университета Монпелье (Université Montpellier http://www.umontpellier.fr/), которые создали генно-модифицированные бактерии, способные распознавать ключевой признак диабета.
Жером Бонне (Jerome Bonnet) и его коллеги заставили микроорганизмы выделять красный пигмент, если концентрация глюкозы вокруг них достигает определённого уровня. При этом штамм бактерий не требуется вводить в организм — достаточно добавить их в пробу мочи.
Новый метод диагностики был успешно испытан на людях. В данный момент он не имеет преимуществ по сравнению с обычными глюкометрами, которые используют для измерения концентрации глюкозы. Но технология может стать базой для создания микроорганизмов, нацеленных на поиск других болезней.
Обе работы показывают, что синтетическая биология может быть успешно использована не только для терапии, но и для диагностики широкого спектра заболеваний. Правда, до появления в медицинских центрах модифицированным бактериям ещё предстоит пройти клинические испытания, на которые могут уйти долгие годы.
