カリフォルニア大学サンディエゴ校（UCSD）の研究者とオーストラリアの科学者たちが、生体内の腫瘍DNAを検出する新たなバクテリアを開発しました。この画期的な技術は、マウスの大腸でがんを発見するために使用され、感染症、がん、および他の疾患の特定につながる可能性があります。「Cellular Assay for Targeted CRISPR-Discriminated Horizontal Gene Transfer（CATCH）」と題されたこの研究成果は、2023年8月9日、学術誌『サイエンス』に掲載されました。
従来、細菌はさまざまな診断と治療に使用されてきましたが、特定の細胞外DNA配列や変異を検出する能力は不足していました。CATCH技術（ビデオを参照）は、これらの課題に対処するために設計されました。
カリフォルニア大学サンディエゴ校バイオサイエンス学部とジェイコブズ工学部の教授であるジェフ・ヘイスティ（Jeff Hasty）博士は、この新技術について、「消化管がんや前がん病変の検出において、この発明を応用する魅力的な臨床機会が存在します」と述べました。
腫瘍は通常、そのDNAを周囲に放出しますが、これまでDNAが放出された場所を検出することは困難でした。CATCH戦略では、CRISPR技術を使用して細菌を制御し、遊離DNA配列をゲノムレベルで検査し、あらかじめ設定されたがん配列と比較します。この技術により、細胞は遊離DNAを検出し、識別する能力が向上しました。これは臨床（がんや感染症）および商業（生態学、工業）アプリケーションに非常に有用です。
この研究の共同筆頭著者であるカリフォルニア大学サンディエゴ校合成生物学研究所の科学者、ロブ・クーパー（Rob Cooper,）博士は、「多くのバクテリアは環境からDNAを取り込む能力を持っていますが、これは自然のプロセスです」と説明しました。ヘイスティ博士、クーパー博士、およびオーストラリアのダン・ウォースリー（Dan Worthley）博士は、細菌と大腸がんとの関連について共同研究を行いました。
科学者たちは、大腸に広く存在する細菌を工学的に活用し、大腸腫瘍から放出されるDNAを検出する新しいバイオセンサーを開発する計画を進めています。アシネトバクター・ベイリイという細菌は、DNAの取り込みとCRISPRによる解析に必要な要素を特定するために注目されています。
ブリスベンに位置する大腸内視鏡クリニックの専門家であり、癌研究者であるウォースリー博士は、次のように述べました。「無細胞DNAは、シグナルとしてまたはインプットとして利用できることを認識しており、したがって、疾患が発症した時点と場所で腫瘍DNAに応答する細菌を開発しようと試みました。」
ウォースリー博士は、オーストラリアの仲間であるスーザン・ウッズ（Susan Woods）博士とジョセフィン・ライト（Josephine Wright）博士と連携し、アシネトバクター・ベイリイを、多くのがんで変異している遺伝子KRASのDNAを識別するセンサーとして設計、製造、評価しました。研究チームは、KRASの変異コピーと正常コピー（非変異コピー）を識別するためにCRISPRシステムで細菌をプログラムしました。要するに、例えば前がんポリープやがんに見られるような変異型KRASを取り込んだ細菌だけが生き残り、シグナルを発したり、病気に反応したりする様にした。
この新しい研究は、従来の親から子への遺伝とは異なる方法で、生物が互いに遺伝物質を移動させるために使用する水平遺伝子移動という技術に基づいています。水平遺伝子移動は通常、バクテリア間での遺伝子伝達として知られていますが、この研究では、腫瘍のDNAやヒト細胞からバクテリアへの応用に成功しました。
ライト博士は、「腫瘍のDNAを取り込んだ細菌を顕微鏡で観察したとき、驚きました。腫瘍のあるマウスは、抗生物質プレート上で増殖する能力を持つ緑色の細菌コロニーを育てていました」と述べました。
現在、研究者たちは、ヒトの癌や感染症の検出と治療のために、新しい回路と異なる種類のバクテリアを使用して、バクテリア・バイオセンサー戦略を発展させる作業を進行中です。
コロンビア大学のシッダールタ・ムカジー（Siddhartha Mukherjee）准教授は、この研究には参加していませんが、将来的には「病気は薬ではなく、細胞によって治療および予防されるでしょう」と指摘しました。腸内のDNAを検出できる生きた細菌は、消化管癌や他の多くのがんを発見し、撲滅するためのセンチネルとして非常に貴重な機会とされています。
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