Doorbraak bij opsporing van kanker? Genetisch gemanipuleerde bacteriën herkennen tumor-DNA

Kanker kan overal in het lichaam ontstaan en is lang niet altijd even makkelijk te vinden. Sommige plekken zijn nu eenmaal moeilijk bereikbaar. Daar hebben Amerikaanse wetenschappers nu iets op gevonden: genetisch gemodificeerde bacteriën kunnen kankercellen helpen opsporen.

De technologische doorbraak maakt de weg vrij voor de ontwikkeling van nieuwe biosensoren. De onderzoekers hebben met behulp van de genetisch gemodificeerde bacteriën kankercellen gedetecteerd in de dikke darm van muizen. Met dezelfde techniek hopen zij in de toekomst allerlei verschillende soorten kanker, maar ook andere ziekten en infecties op te kunnen sporen.

Gotta CATCH ’em all
Het is al eerder gelukt om bacteriën in te zetten om ziektes te diagnosticeren, maar nooit eerder slaagden wetenschappers erin om specifieke DNA-sequenties en -mutaties buiten cellen te identificeren. De nieuwe zogenoemde CATCH-gentransfer-technologie, waarbij gebruik gemaakt wordt van de CRISPR-techniek (genetische manipulatie) is hier wél toe in staat.

“Toen we vier jaar geleden met dit project begonnen, wisten we nog niet eens zeker of het überhaupt mogelijk is om bacteriën te gebruiken als levende sensor voor het herkennen van zoogdier-DNA”, legt hoofdonderzoeker Jeff Hasty van de University of California uit. “We kunnen hiermee kwaadaardige tumoren en voorstadia van kanker in het spijsverteringsstelsel opsporen. Dit is een hele belangrijke uitvinding, die op allerlei verschillende manieren kan worden ingezet.”

Horizontale gen-overdracht
Hoe dat werkt? Tumoren geven DNA-materiaal af aan hun omgeving, waardoor de genenpakketjes zich kunnen verspreiden en elders in het lichaam levensgevaarlijke uitzaaiingen kunnen veroorzaken. Er zijn verschillende methodes om DNA te analyseren in het lab, maar daarmee is het niet mogelijk om de bron van het tumor-DNA aan te wijzen. Met de CATCH-strategie kan dit wel. De onderzoekers hebben een speciale bacterie – de Acinetobacter baylyi – genetisch zo gemodificeerd, dat hij vrij in het lichaam rondwarende DNA-sequenties herkent. Vervolgens kunnen de monsters vergeleken worden met bekende kankersequenties.

Engineered bacteria detect tumor DNA
Cooper et al.

“Er zijn veel bacteriesoorten die DNA uit hun omgeving kunnen oppikken en toevoegen aan hun eigen genencollectie. Dit noemen we ook wel bacteriële transformatie door middel van horizontale gen-overdracht. Maar dit is de eerste keer dat we deze bacteriële eigenschap inzetten om DNA van zoogdiertumoren en menselijke cellen naar bacteriën te transporteren”, zegt de Amerikaanse onderzoeker Rob Cooper, die meewerkte aan het plan om bacteriële transformatie in te zetten om darmkanker, de een na grootste doodsoorzaak door kanker in Nederland, op te sporen.

Bacteriekolonies lichten groen op
De onderzoekers programmeerden Acinetobacter om een normaal, niet gemuteerd gen te kunnen onderscheiden van een gemuteerde versie van hetzelfde gen, dat in veel gevallen de oorzaak is van een tumor in de dikke darm of het rectum. In de praktijk betekent dit dat alleen bacteriën die in staat zijn om de gemuteerde DNA-strengen op te pikken en aan hun eigen arsenaal toe te voegen, kunnen overleven. De wetenschappers signaleren op deze manier een kwaadaardige tumor of een voorstadium van kanker, bijvoorbeeld een darmpoliep. Zo ontstaat een prachtige, levende kankersensor. “Het was fenomenaal om onder de microscoop te zien dat de bacteriën ook daadwerkelijk het tumor-DNA hadden opgenomen. Alleen in de muizen met darmtumoren waren de groene bacteriekolonies te zien”, vertelt onderzoeker Josephine Wright.

Enorme potentie
De volgende stap in het onderzoek is om nieuwe biosensoren in elkaar te zetten en te gaan testen. Met behulp van CRISPR kunnen Acinetobacter en andere bacteriesoorten allerlei soorten kanker, andere ziekten en infecties signaleren en bestrijden. “Deze technologie heeft zoveel potentie. We kunnen deze bacteriën binnenkort programmeren om colorectale kanker te voorkomen, of in ieder geval zijn voortgang te belemmeren”, zegt Woods.

Graphic: Engineered bacteria to detect tumor DNA
Cooper et al.

“In de toekomst worden ziektes niet meer behandeld en voorkomen door pillen te slikken, maar door levende bacteriën in te zetten. Ze zijn in staat om tumor-DNA in het spijsverteringsstelsel te detecteren. Dit is een fantastische mogelijkheid om tumoren in het maagdarmstelsel op te sporen en uit te schakelen”, aldus Columbia-professor Siddhartha Mukherjee, die niet betrokken was bij het onderzoek.

Een toekomst zonder kankerdoden?
Deze revolutionaire uitvinding moet in de komende maanden en jaren nog worden doorontwikkeld, maar het lijkt er sterk op dat de medische wereld in de toekomst een nieuwe biosensorstrategie kan toevoegen aan zijn arsenaal. “In de toekomst hoeft niemand meer dood te gaan aan colorectale kanker”, denkt onderzoeker Daniel Worthley. “We hopen dat ons werk bio-engineers, wetenschappers en in de toekomst ook artsen gaat helpen om dit doel te bereiken.”

Bronmateriaal

"Engineered bacteria detect tumor DNA" - Science
Afbeelding bovenaan dit artikel: SilverV / Getty (via Canva.com)

Fout gevonden?

Voor jou geselecteerd