Empurrando para um novo capítulo de sensores biológicos tecnologicamente avançados, cientistas da Universidade da Califórnia em San Diego e seus colegas na Austrália criaram bactérias que podem detectar a presença de DNA tumoral em um organismo vivo.
Sua inovação, que detectou câncer no cólon de camundongos, pode abrir caminho para novos biossensores capazes de identificar várias infecções, cânceres e outras doenças.
O avanço é descrito na revista Science. Anteriormente, as bactérias foram projetadas para realizar várias funções diagnósticas e terapêuticas, mas não tinham a capacidade de identificar sequências específicas de DNA e mutações fora das células. O novo “Ensaio celular para transferência de gene horizontal discriminada por CRISPR direcionada”, ou “CATCH”, foi projetado para fazer exatamente isso.
“Quando começamos este projeto há quatro anos, não tínhamos certeza se usar bactérias como um sensor para o DNA de mamíferos era mesmo possível”, disse o líder da equipe científica Jeff Hasty, professor da Escola de Ciências Biológicas da Universidade da Califórnia em San Diego. Ciências e Escola de Engenharia Jacobs. “A detecção de cânceres gastrointestinais e lesões pré-cancerosas é uma oportunidade clínica atraente para aplicar esta invenção.”
Sabe-se que os tumores dispersam ou espalham seu DNA nos ambientes que os cercam. Muitas tecnologias podem analisar o DNA purificado no laboratório, mas não podem detectar o DNA onde ele é liberado. Sob a estratégia CATCH, os pesquisadores projetaram bactérias usando a tecnologia CRISPR para testar sequências de DNA flutuantes em um nível genômico e comparar essas amostras com sequências de câncer predeterminadas.
“Muitas bactérias podem absorver o DNA de seu ambiente, uma habilidade conhecida como competência natural”, disse Rob Cooper, co-autor do estudo e cientista do Instituto de Biologia Sintética da UC San Diego. Hasty, Cooper e o médico australiano Dan Worthley colaboraram na ideia de competência natural em relação a bactérias e câncer colorretal, a terceira principal causa de morte relacionada ao câncer nos Estados Unidos.
Eles começaram a formular a possibilidade de engenharia de bactérias, que já são predominantes no cólon, como novos biossensores que poderiam ser implantados dentro do intestino para detectar DNA liberado de tumores colorretais. Eles se concentraram no Acinetobacter baylyi, uma bactéria na qual Cooper identificou os elementos necessários para a absorção do DNA e o uso do CRISPR para analisá-lo.
“Sabendo que o DNA livre de células pode ser mobilizado como um sinal, ou uma entrada, nos propusemos a criar bactérias que respondessem ao DNA do tumor no momento e no local da detecção da doença”, disse Worthley, gastroenterologista e pesquisador de câncer do Clínica de Colonoscopia em Brisbane, Austrália.
Trabalhando com as colegas australianas Susan Woods e Josephine Wright, os pesquisadores projetaram, construíram e testaram o Acinetobacter baylyi como um sensor para identificar o DNA do KRAS, um gene que sofre mutação em muitos tipos de câncer. Eles programaram a bactéria com um sistema CRISPR projetado para discriminar as cópias mutantes das normais (não mutantes) do KRAS. Isso significa que apenas as bactérias que adquiriram formas mutantes de KRAS, como as encontradas em pólipos e cânceres pré-cancerosos, por exemplo, sobreviveriam para sinalizar ou responder à doença.
A nova pesquisa é baseada em ideias anteriores relacionadas à transferência horizontal de genes, uma técnica usada por organismos para mover material genético entre si de maneira distinta da herança genética tradicional de pais para filhos. Embora a transferência horizontal de genes seja amplamente conhecida de bactéria para bactéria, os pesquisadores alcançaram seu objetivo de aplicar esse conceito de tumores de mamíferos e células humanas em bactérias.
“Foi incrível quando vi as bactérias que absorveram o DNA do tumor sob o microscópio. Os camundongos com tumores desenvolveram colônias bacterianas verdes que adquiriram a capacidade de crescer em placas de antibióticos”, disse Wright.
Os pesquisadores agora estão adaptando sua estratégia de biossensor de bactérias com novos circuitos e diferentes tipos de bactérias para detectar e tratar cânceres e infecções humanas.
“Existe muito potencial para criar bactérias para prevenir o câncer colorretal, um tumor que está imerso em um fluxo de bactérias, que pode ajudar ou atrapalhar sua progressão”, disse Woods.
O professor associado Siddhartha Mukherjee, da Universidade de Columbia, que não participou do estudo, indicou que, no futuro, “a doença será tratada e prevenida por células, não por pílulas. Uma bactéria viva que pode detectar DNA no intestino é uma tremenda oportunidade para agir como uma sentinela para procurar e destruir os cânceres gastrointestinais e muitos outros.”
Embora a nova invenção exija mais desenvolvimento e refinamento, a equipe de biologia sintética da UC San Diego continua a otimizar a estratégia de biossensores avançados, disse Hasty, que é afiliado ao Departamento de Biologia Molecular da UC San Diego, Shu Chien-Gene Lay Departamento de Bioengenharia e Instituto de Biologia Sintética.
“Existe um futuro em que ninguém precisa morrer de câncer colorretal”, acredita Worthley. “Esperamos que este trabalho seja útil para bioengenheiros, cientistas e, no futuro, clínicos, em busca desse objetivo.”
Publicado em 14/08/2023 10h11
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