新研究，以細菌作為生物傳感器來檢測腫瘤DNA

加州大學圣地亞哥分校和南澳大利亞健康與醫療研究中心的科學家近日開發出一種新型的生物傳感器。他們設計出一種細菌，可以檢測活體生物中腫瘤DNA的存在。

這項開創性的研究成果于8月10日發表在《Science》雜志上。他們利用細菌檢測出小鼠結腸內的癌癥，在未來有望開發出能夠識別各種感染、癌癥及其他疾病的新型生物傳感器。

之前人們曾經改造過細菌，使其對特定代謝物或病原體做出反應，從而檢測疾病。不過，這類傳感器往往無法檢測細胞外的特定DNA序列和突變。為此，研究人員開發出一種名為CATCH（Cellular Assay for Targeted CRISPR-discriminated Horizontal gene transfer）的檢測。

共同通訊作者、加州大學圣地亞哥分校合成生物學研究所的團隊負責人Jeff Hasty表示：“當我們四年前開始這個項目時，我們甚至不確定用細菌作為哺乳動物DNA的傳感器是否可行。胃腸道癌癥和癌前病變的檢測是一個**吸引力的臨床機會。”

眾所周知，腫瘤會將其DNA釋放到周圍環境中。許多技術可以在實驗室中分析純化的DNA，但它們無法檢測DNA釋放的位置。在CATCH策略下，研究人員利用CRISPR技術改造細菌，在基因組水平上檢測自由漂浮的DNA序列，并將這些序列與癌癥序列進行比較。

許多細菌可以從環境中吸收DNA，這是一種天然能力。于是，研究人員設想將結腸中普遍存在的細菌改造為新的生物傳感器，這種生物傳感器可以設置在腸道內，以檢測結直腸腫瘤釋放的DNA。他們重點研究了貝氏不動桿菌（Acinetobacter baylyi），因為它具有吸收DNA以及利用CRISPR分析DNA所需的元素。

美國和澳大利亞的研究人員合作，利用貝氏不動桿菌開發出一種傳感器，以識別KRAS基因的DNA。KRAS基因在許多癌癥中都會發生突變。他們用CRISPR系統對細菌進行了改造，使其能夠區分KRAS的正常拷貝和突變拷貝。這意味著只有吸收了KRAS突變形式（如癌前息肉和癌癥中發現的KRAS）的細菌才能存活下來，發出信號或做出反應。

這項新研究在一定程度上也依賴于水平基因轉移（horizontal gene transfer）。水平基因轉移是生物體之間互相轉移遺傳物質所用的一種技術，其方式與傳統的親代遺傳不同。盡管細菌之間的水平基因轉移廣為人知，但研究人員**將這一概念應用于哺乳動物腫瘤和人類細胞。

加州大學圣地亞哥分校的Rob Knight表示：“當我在顯微鏡下看到吸收了腫瘤DNA的細菌時，我覺得真是不可思議。攜帶腫瘤的小鼠長出了綠色的細菌菌落，這些菌落能在抗生素培養皿上生長。”

研究人員目前正在調整他們的細菌生物傳感器策略，采用新的電路和不同類型的細菌來檢測和治療人類癌癥和感染。

南澳大利亞健康與醫療研究中心的Susan Woods認為：“設計細菌來預防結直腸癌的潛力很大。這是一種浸泡在細菌中的腫瘤，細菌可推動或阻礙疾病進展。”

哥倫比亞大學副教授Siddhartha Mukherjee指出，在未來，“疾病將通過細胞而不是藥物來治療和預防。一種可檢測腸道DNA的活細菌將是一個巨大的機會，它可以充當哨兵，尋找并消滅胃腸道癌癥及其他多種癌癥。”他本人未參與此項研究。

目前，加州大學圣地亞哥分校的合成生物學團隊仍在繼續優化這種生物傳感器。他們希望這項工作能幫助生物工程師、科學家和未來的臨床醫生攻克結直腸癌。

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