В основе новой стратегии лежит использование природной особенности бактерий Clostridium sporogenes — их способности нормально развиваться в бескислородной среде. Центр многих плотных опухолей состоит из отмерших клеток и практически лишен кислорода, что превращает его в идеальную нишу для развития этих микробов.
Ученые создают бактерии, которые пожирают раковые опухоли изнутри
Ученые из Университета Ватерлоо разработали инновационный метод терапии рака, использующий генетически модифицированные бактерии для уничтожения опухолей изнутри. Исследователи научили почвенный микроорганизм Clostridium sporogenes распознавать специфические условия внутри новообразований и активировать защитные механизмы только при достижении критической массы клеток, что делает лечение прицельным и безопасным.
Ученые модифицировали бактерии, чтобы они проникали в лишенные кислорода ядра опухолей и уничтожали рак изнутри. AI/ScienceDaily.com
«Чувство кворума» (quorum sensing) — это редкий пример социального поведения микробов. Бактерии постоянно выделяют в среду особые молекулы-автоиндукторы. В малых концентрациях эти вещества никак не влияют на поведение колонии. Однако, когда бактерий становится много в замкнутом пространстве опухоли, концентрация молекул достигает порогового значения. Это служит сигналом для синхронного изменения генетической программы всей популяции. «Кворум» позволяет бактериям «понять», что они успешно захватили плацдарм внутри опухоли и готовы к наступлению на раковые клетки.
Попадая в организм, споры бактерий игнорируют здоровые ткани и активируются только там, где находят подходящие условия для жизни. Как отмечает соавтор работы профессор Марк Окуан: «Споры бактерий проникают в опухоль, находят среду, где много питательных веществ и нет кислорода, и начинают потреблять эти питательные вещества и расти. Таким образом, бактерия колонизирует это центральное пространство, и избавляет организм от опухоли».
Крупный план чашки Петри, содержащей среду из яичного желтка и агара, в которую были засеяны бактерии Clostridium sporogenes. Эти организмы образовали колонии после 48-часового инкубационного периода.
Этот процесс позволяет микроорганизмам буквально съедать пораженные ткани, действуя как биологический скальпель, который работает там, куда трудно добраться традиционными методами. Работа опубликована в журнале ACS Synthetic Biology.
Генетический щит и система контроля
Но на пути к полному исцелению стоит серьезное препятствие: как только бактерии расширяют зону своего влияния и приближаются к внешним краям опухоли, где присутствует кислород, они начинают гибнуть.
Макрофаги атакуют солидную опухоль.
Чтобы решить эту проблему, ученые применили методы синтетической биологии, внедрив в микроорганизм ген устойчивости к кислороду от родственного вида. Для управления этим процессом ученые сконструировали сложную систему, работающую по принципу «чувства кворума». Бактерии обмениваются химическими сигналами, и только когда их плотность внутри опухоли становится достаточно высокой, защитный ген включается.
Соавтор работы профессор прикладной математики Брайан Ингаллс говорит: «Используя синтетическую биологию, мы построили что-то вроде электрической схемы, но вместо проводов использовали фрагменты ДНК. У каждой части своя работа». «Генетический контур» также гарантирует, что бактерии не станут бесконтрольно размножаться в кровотоке или других органах.