Исследователи из Университета Ватерлоо (Канада) разрабатывают инновационный метод лечения рака, используя генетически модифицированные бактерии, способные уничтожать опухоли изнутри. В основе подхода лежат микроорганизмы, которые естественным образом процветают в бескислородных условиях, что делает внутреннюю среду многих солидных опухолей идеальной мишенью для их атаки.
Ученые используют бактерию Clostridium sporogenes, обычно встречающуюся в почве. Этот микроорганизм часто выбирают для исследований из-за его способности образовывать устойчивые споры, выживать в строго анаэробных условиях и служить моделью для изучения процессов в микробиоме кишечника или в биотехнологических применениях, а также из-за относительной безопасности и хорошо изученного генома. Бактерия может выживать только в полностью бескислородной среде. Внутреннее ядро твердых опухолей, состоящее из мертвых клеток и лишенное кислорода, создает для этих микробов идеальные условия для размножения и распространения. По словам профессора Марка Окена, бактериальные споры проникают в опухоль, находят богатую питательными веществами среду без кислорода и начинают поглощать эти ресурсы, разрастаясь и колонизируя опухолевое пространство.
Однако существует серьезное препятствие: по мере расширения колонии бактерии достигают периферийных участков опухоли, где присутствует небольшое количество кислорода, и погибают, не успев полностью уничтожить раковые клетки. Чтобы преодолеть это ограничение, команда внедрила в бактерии ген от родственного микроорганизма, обладающего большей устойчивостью к кислороду. Эта модификация позволяет искусственным микробам дольше выживать у границ опухоли.
Критически важным был вопрос контроля над активацией этой устойчивости. Преждевременное включение гена позволило бы бактериям размножаться в богатых кислородом тканях, например, в кровотоке, что опасно для организма. Для решения этой проблемы исследователи использовали естественный бактериальный процесс коммуникации — "чувство кворума". Это механизм, при котором бактерии выделяют химические сигнальные молекулы; когда концентрация этих молекул достигает определённого порога, они координированно меняют поведение, что помогает им выживать в природных условиях, таких как почва или организм хозяина. В данном случае система активирует ген устойчивости к кислороду только тогда, когда концентрация бактерий внутри опухоли достигает необходимого порога, что определяется силой выделяемых ими химических сигналов.
Проект, объединяющий экспертов в области инженерии, математики и биологических наук, переходит к следующему этапу: созданию единого бактериального штамма, сочетающего ген устойчивости к кислороду с системой контроля "чувства кворума", и его тестированию в доклинических испытаниях на опухолях. Эта работа ведется в сотрудничестве с Центром исследований по экологической микробиологии (CREM Co Labs) в Торонто и демонстрирует потенциал междисциплинарного подхода в создании новых медицинских решений.
Источник: Scientists engineer bacteria to eat cancer tumors from the inside out