Reprogramarea bacteriilor pentru combaterea cancerului

Vezi conținutul complet: https://ed.ted.com/lessons/hacking-bacteria-to-fight-cancer-tal-danino

În 1884, un pacient nefericit care avea un cancer cu creștere rapidă la gât s-a ales cu o infecție bacteriană. Pe măsură ce s-a vindecat de infecție, cancerul a început să se retragă în mod surprinzător. Infecția a stimulat sistemul imunitar al pacientului. Astăzi, biologii sintetici programează bacteriile pentru a livra în siguranță medicamente direct la nivelul tumorilor. Cum este posibil acest lucru? Tal Danino investighează acest subiect.

Lecție de Danino, regia Chris Bishop.

În 1884, părea că norocul unui pacient
merge de la rău la mai rău.

Acest pacient prezenta o dezvoltare rapidă
a cancerului la nivelul gâtului

și ulterior s-a ales cu o infecție
bacteriană a pielii.

Dar curând, ceva neașteptat s-a întâmplat:

pe măsură ce s-a vindecat infecția,
cancerul a început și el să se retragă.

Când medicul William Coley,
a căutat pacientul șapte ani mai târziu,

acesta nu mai avea
semne vizibile ale cancerului.

Coley credea că se întâmplase
ceva remarcabil:

că infecția bacteriană stimulase
sistemul imunitar al pacientului

să lupte împotriva cancerului.

Descoperirea norocoasă a lui Coley
a condus la pionieratul

injectării intenționate de bacterii
pentru tratarea cancerului.

Un secol mai târziu, biologii sintetici
au găsit o cale și mai bună

de a folosi acești aliați improbabili

și de a-i programa să livreze în siguranță
medicamente direct la locul tumorii.

Cancerul apare atunci când funcțiile
celulare normale sunt modificate,

determinând celulele să se dividă
rapid și să formeze tumori.

Tratamentele precum radiațiile,
chimioterapia și imunoterapia

încearcă să ucidă celulele maligne,
dar pot afecta întregul corp

și pot perturba țesuturile sănătoase
în acest proces.

Cu toate acestea,
unele bacterii precum E. coli

prezintă excepționalul avantaj de a
crește selectiv în interiorul tumorilor.

De fapt, nucleul unei tumori
formează un mediu propice

unde acestea se pot divide în siguranță,
ascunse de celulele imunitare.

În loc să producă infecții,

bacteriile pot fi reprogramate
să transporte medicamente anti-cancer,

acționând precum un Cal Troian
care luptă împotriva tumorii din interior.

Această idee de programare a bacteriilor
să simtă și să răspundă în moduri inedite

reprezintă un interes major al
domeniului numit biologie sintetică.

Dar cum pot fi programate bacteriile?

Soluția constă în manipularea
ADN-ului lor.

Prin inserarea unor
secvențe genetice specifice în bacterii,

acestea pot fi instruite
să sintetizeze diferite molecule,

inclusiv cele care perturbă
creșterea cancerului.

Ele pot fi produse să se comporte
în moduri foarte specifice,

folosind circuite biologice.

Acestea programează diferite răspunsuri
în funcție de prezența, absența

sau combinarea anumitor factori.

De exemplu, tumorile au o concentrație
redusă de oxigen și un pH acid

și produc molecule specifice în exces.

Biologii sintetici pot programa bacteriile
să detecteze aceste condiții,

și astfel, să ajungă la tumori
evitând țesutul sănătos.

Un tip de circuit biologic,

cunoscut sub numele de circuit
de liză sincronizat, sau CLS,

permite bacteriilor
nu doar să furnizeze medicamente,

dar și să facă acest lucru
după un program prestabilit.

Pentru a evita
deteriorarea țesutului sănătos,

producția de medicamente anti-cancer
începe pe măsură ce bacteriile cresc

ceea ce se întâmplă doar
în interiorul tumorii.

Ulterior, după ce produc medicamentele,

e declanșat mecanismul de suicid
cauzând spargerea bacteriilor

atunci cănd acestea ating
pragul populației critice.

Acest proces eliberează medicamentul
și, totodată, scade populația bacteriilor.

Cu toate acestea, un anumit procent
din bacterii rămân vii

pentru a reface colonia.

Când numărul lor crește suficient pentru
a declanșa din nou mecanismul de suicid,

ciclul se reia.

Acest circuit poate fi reglat
să livreze medicamente

într-un program periodic avantajos
pentru lupta împotriva cancerului.

Această abordare e promițătoare
în studiile științifice pe șoareci.

Oamenii de știință au fost capabili
să elimine cu succes limfoamele

injectate cu bacterii,

dar și să stimuleze sistemul imunitar
prin aceste injectări,

instruind celulele imunitare să identifice
și atace limfoamelor netratate

localizate în alte părți.

Spre deosebire de multe alte terapii,

bacteriile nu vizează
doar un anumit tip de cancer,

ci mai degrabă caracteristicile generale
împărtășite de toate tumorile solide.

Totodată, bacteriile programabile nu se
limitează la lupta împotriva cancerului.

În schimb, bacteriile pot servi
ca senzori sofisticați

care monitorizează
locațiile viitoarelor boli.

Bacteriile probiotice ar putea
rămâne în stare de latență în intestin,

unde ar detecta, preveni
și trata tulburările

înainte ca acestea să devină simptomatice.

Progresul tehnologic
ne entuziasmează pentru un viitor

al medicinei personalizate
conduse de nanoboți mecanici.

Dar datorită
miliardelor de ani de evoluție,

avem deja un punct de plecare

sub forma biologică neașteptată
a bacteriilor.

Adăugând biologia sintetică la aceasta,

cine știe ce va fi în curând posibil?