突破！用细菌，实现肿瘤DNA非侵入检测

来源：生物探索 2023-08-17 11:45

体外DNA分析有助于检测和管理重要的人类疾病，包括癌症和感染。然而，体外传感需要潜在的侵入性样品去除，许多DNA诊断不能达到临床相关的序列分辨率，更先进的技术仍然过于昂贵，无法在所有环境中常规使用。

美国加州大学圣地亚哥分校Jeff Hasty、南澳大利亚健康和医学研究所Susan L. Woods及Daniel L. Worthley共同通讯在Science在线发表题为“Engineered bacteria detect tumor DNA”的研究论文，该研究设计了一种肿瘤DNA工程细菌检测器，利用天然活性的贝氏不动杆菌来检测来自结直肠癌（CRC）细胞、类器官和肿瘤基因组的供体DNA。

该研究在体外通过共培养实验表征了生物传感器的功能，然后在体内用传感器细菌传递给携带结直肠肿瘤的小鼠进行验证。在小鼠CRC模型中，该研究观察到从肿瘤到传感器细菌的水平基因转移。这种靶向的、CRISPR识别水平基因转移（CATCH）的细胞检测能够对特定的无细胞DNA进行生物检测。

细菌工程促进了活细胞诊断和治疗方法的发展，包括对肠道炎症、肠道出血、病原体和缺氧肿瘤做出反应的微生物。细菌可以进入整个胃肠道，产生粪便或尿液。细胞记忆，如双稳态开关或基因组重排，使细菌能够随时间存储信息。一些细菌天生具有转化能力，可以直接从其环境中提取细胞外DNA样本。自然能力是水平基因转移（HGT）的一种机制，即生物之间的遗传物质交换，而不是垂直的“亲本到后代”传播。HGT在微生物中很常见。它也可能发生从微生物到动物和植物，并在相反的方向，从真核生物到原核生物。然而，细菌通过HGT检测和响应哺乳动物DNA的正向工程尚未被探索。

该文描述的传感器细菌表明，活体生物传感器可以检测肠道中CRC脱落的特定哺乳动物DNA，无需样品制备或处理。工程供体盒不需要CATCH生物传感器来检测、区分和报告目标序列，尽管最终的天然DNA生物传感器将需要改进的信号背景比来可靠地检测整个基因组DNA中的序列。同源臂和CRISPR间隔器是模块化的，因此该策略可以很容易地用于检测和分析任意感兴趣的目标序列。

机理模式图（图源自Science）

体外DNA分析有助于检测和管理重要的人类疾病，包括癌症和感染。然而，体外传感需要潜在的侵入性样品去除，许多DNA诊断不能达到临床相关的序列分辨率，更先进的技术仍然过于昂贵，无法在所有环境中常规使用。在体内对肠道进行直接取样可能具有重要的优势。胃肠道含有显著的脱氧核糖核酸酶（DNase）活性，这限制了啮齿动物和人类游离DNA的寿命，从而可能降低下游粪便样本的信息含量。

原位细菌生物传感器可以在DNA释放后被局部DNA酶降解之前捕获并保存DNA。CATCH最令人兴奋的方面可能是，与体外诊断不同，一旦捕获目标DNA，它就可以与纳米体、肽或其他小分子的直接和基因型互补递送相结合，用于治疗癌症或感染。CATCH允许细胞检测无细胞DNA，因此可能在未来的合成生物学应用中证明有用，无论何时何地，DNA检测和分析都很重要。