In 1884, a patient’s luck seemed to go from bad to worse.
This patient had a rapidly growing cancer in his neck,
and then came down with an unrelated bacterial skin infection.
But soon, something unexpected happened:
as he recovered from the infection, the cancer also began to recede.
When a physician named William Coley tracked the patient down 7 years later,
no visible signs of the cancer remained.
Coley believed something remarkable was happening:
that the bacterial infection had stimulated the patient’s immune system
to fight off the cancer.
Coley’s fortunate discovery led him to pioneer
the intentional injection of bacteria to successfully treat cancer.
Over a century later, synthetic biologists have found an even better way
to use these once unlikely allies—
by programming them to safely deliver drugs directly to tumors.
Cancer occurs when normal functions of cells are altered,
causing them to rapidly multiply and form growths called tumors.
Treatments like radiation, chemotherapy, and immunotherapy
attempt to kill malignant cells, but can affect the entire body
and disrupt healthy tissues in the process.
However, some bacteria like E. coli
have the unique advantage of being able to selectively grow inside tumors.
In fact, the core of a tumor forms an ideal environment
where they can safely multiply, hidden from immune cells.
Instead of causing infection,
bacteria can be reprogrammed to carry cancer-fighting drugs,
acting as Trojan Horses that target the tumor from within.
This idea of programming bacteria to sense and respond in novel ways
is a major focus of a field called Synthetic Biology.
But how can bacteria be programmed?
The key lies in manipulating their DNA.
By inserting particular genetic sequences into bacteria,
they can be instructed to synthesize different molecules,
including those that disrupt cancer growth.
They can also be made to behave in very specific ways
with the help of biological circuits.
These program different behaviors depending on the presence, absence,
or combination of certain factors.
For example, tumors have low oxygen and pH levels
and over-produce specific molecules.
Synthetic biologists can program bacteria to sense those conditions,
and by doing so, respond to tumors while avoiding healthy tissue.
One type of biological circuit,
known as a synchronized lysis circuit, or SLC,
allows bacteria to not only deliver medicine,
but to do so on a set schedule.
First, to avoid harming healthy tissue,
production of anti-cancer drugs begins as bacteria grow,
which only happens within the tumor itself.
Next, after they’ve produced the drugs,
a kill-switch causes the bacteria to burst
when they reach a critical population threshold.
This both releases the medicine and decreases the bacteria’s population.
However, a certain percentage of the bacteria remain alive
to replenish the colony.
Eventually their numbers grow large enough to trigger the kill switch again,
and the cycle continues.
This circuit can be fine-tuned to deliver drugs
on whatever periodic schedule is best to fight the cancer.
This approach has proven promising in scientific trials using mice.
Not only were scientists able to successfully eliminate lymphoma tumors
injected with bacteria,
but the injection also stimulated the immune system,
priming immune cells to identify and attack untreated lymphomas
elsewhere in the mouse.
Unlike many other therapies,
bacteria don’t target a specific type of cancer,
but rather the general characteristics shared by all solid tumors.
Nor are programmable bacteria limited to simply fighting cancer.
Instead, they can serve as sophisticated sensors
that monitor sites of future disease.
Safe probiotic bacteria could perhaps lie dormant within our guts,
where they’d detect, prevent, and treat disorders
before they have the chance to cause symptoms.
Advances in technology have created excitement around a future
of personalized medicine driven by mechanical nanobots.
But thanks to billions of years of evolution
we may already have a starting point
in the unexpectedly biological form of bacteria.
Add synthetic biology to the mix,
and who knows what might soon be possible.
في عام 1884، بدأ حظ مريض معين بالتراجع من سيىء إلى أسوأ.
عانى ذلك المريض من سرطان سريع النمو في عنقه،
ثم أصيب بالتهاب الجلد الجرثومي غير ذي صلة بالسرطان.
ولكن سرعان ما حدث شيء غير متوقع:
كما تعافى من العدوى، بدأ السرطان أيضا في الانحسار.
عندها تابع طبيب يدعى وليام كولي المريض بعد 7 سنوات،
لم تبق أي علامات واضحة للسرطان،
علم كولي أنّ ثمة شيئًا رائعًا كان يحدث:
وهو أن العدوى البكتيرية حفّزت الجهاز المناعي للمريض
لمحاربة السرطان.
هذا الاكتشاف الذي شهده كولي قاده لريادة طريقة علاجية
وهي الحقن المتعمد للبكتيريا لعلاج السرطان بنجاح.
بعد أكثر من قرن، وجد علماء الأحياء الاصطناعية طريقة أفضل
لاستخدام هؤلاء الحلفاء غير التقليدين --
عن طريق برمجتهم بأمان لإرسال الأدوية مباشرة إلى الأورام.
يحدث السرطان عندما تتغير الوظائف الطبيعية للخلايا،
مما يسبب تضاعفهم بسرعة وتشكيلهم لكتل تُسمّى الأورام.
علاجات مثل الإشعاع، والعلاج الكيميائي والعلاج المناعي
تحاول قتل الخلايا الخبيثة، ولكنها يمكن أن تؤثر على الجسم كله
بتعطيل الأنسجة السليمة خلال عملية المعالجة.
ولكن بعض البكتيريا مثل E. coli
لديها ميزة فريدة تستطيع أن تنمو بشكل انتقائي داخل الأورام.
في الواقع، فإن نواة الورم تشكّل بيئة مثالية
حيث يمكنها أن تتضاعف بأمان، مختبئة من الخلايا المناعية.
بدلا عن التسبب في العدوى،
يمكن إعادة برمجة البكتيريا لحمل العقاقير المضادة للسرطان،
عاملةً كحصان طروادة الذي يستهدف الورم من الداخل.
فكرة برمجة البكتيريا للاستشعار والاستجابة بطرق جديدة
هي صميم حقل علمي يُعرَف بالبيولوجيا الاصطناعية.
ولكن كيف يمكن برمجة البكتيريا؟
السر يكمن في التلاعب بحمضها النووي.
عن طريق إدخال تسلسل جيني معين داخل البكتيريا،
يمكن توجيهها لاصطناع جزيئات مختلفة
بما في ذلك تلك التي تعطل نمو السرطان.
ويمكن أيضًا برمجتها للتصرف بطرق محددة للغاية
بمساعدة الدوائر البيولوجية.
التي تبرمج سلوكيات مختلفة حسب الوجود، الغياب
أو مزيج من العوامل.
على سبيل المثال، الأورام بطبيعتها منخفضة الأكسجين ومستوى الحموضة
ومفرطة في إنتاج جزيئات معينة.
يمكن لعلماء الأحياء الاصطناعية أن يبرمجوا البكتيريا لاستشعار تلك الظروف،
وبذلك، تستجيب للأورام وتبتعد عن الأنسجة السليمة.
نوع معين من الدوائر البيولوجية، يُعرف بدائرة التحلل المتزامن، أو SLC،
لا يسمح فقط للبكتيريا بنقل الدواء، بل بنقله وفقا لجدول محدد.
أولًا، لتجنب إيذاء الأنسجة السليمة،
إنتاج الأدوية المضادة للسرطان يبدأ مع نمو البكتيريا،
وهذا يحدث فقط في داخل الورم نفسه.
بعد ذلك، وبعد القيام بإنتاج الدواء
يتسبب القتل المتبادل في تفجيرالبكتيريا
وذلك عندما يصل عددها إلى الحد الحرِج.
ويؤدي ذلك إلى إطلاق الدواء وتقليل عدد البكتيريا.
ومع ذلك، فإن نسبة معينة من البكتيريا تظل حيّة
لتجديد المستعمرة.
تنمو أعداد كبيرة منهم في نهاية المطاف بالحد الكافي لتحريك زر القتل مرة ثانية،
وتستمر الدورة.
يمكن ضبط هذه الدائرة العلاجية لتقديم الدواء بجسب الجدول الدوري
الأفضل لمكافحة السرطان.
وقد أثبت هذا النهج نتائج طيبة في التجارب العلمية على الفئران.
لم يقتصرنجاح العلماء على القضاء على أورام الليمفوما فحسب
بعد حقنها بالبكتيريا، ولكن قام ذلك الحقن أيضًا بتحفيز الجهاز المناعي،
بتحضير الخلايا المناعية لتحديد ومهاجمة الأورام اللمفاوية غير المعالجة
في مكان آخر في الفأر.
على عكس العديد من الطرق العلاجية الأخرى، لا تستهدف البكتيريا نوعًا محددًا من السرطان
ولكنها تستهدف الخصائص العامة التي تشترك فيها جميع الأورام الصلبة.
لا يقتصرعمل البكتيريا القابلة للبرمجة على مكافحة السرطان.
بل تعمل بمثابة أجهزة استشعار متطورة
تقوم برصد مواقع المرض المحتملة مستقبلًا.
بكتيريا البروبيوتيك الآمنة تكمن خاملةً داخل أمعائنا،
حيث يكتشفون، يمنعون، ويعالجون الخلل،
من قبل أن تتاح له الفرصة في التسبب بإحداث أعراض.
التقدم التكنولوجي خلق إثارة حول مستقبل
الشخصنة الطبية باستخدام الأجهزة الآلية النانو ميكانيكية.
لكن بفضل مليارات السنين من التطور
قد يكون لدينا بالفعل نقطة انطلاق
في الشكل البيولوجي غير المتوقع للبكتيريا.
أضف البيولوجيا الاصطناعية لهذا المزيج،
ومن يدري ما قد يحصل عن قريب.
لە ١٨٨٤، بارودۆخی نەخۆشێک ڕووی لە خراپ بوون بوو.
شێرپەنجەی گەشەکردووی خێرای هەبوو لە ملی دا،
و دواتر توشی هەوکردنی بەکتریایی پێست بوو.
بەڵام دواتر، شتێکی چاوەڕوان نەکراو ڕوویدا:
کە هەوکردنەکەی نەما، هەروەها شێرپەنجەکەشی بەرەو کەمبوونەوە چوو.
پزیشکێک بە ناوی ویڵیام کۆڵێی بۆ ماوەی ٧ ساڵ چاودێری نەخۆشەکەی دەکرد،
هیچ نیشانەیەکی شێرپەنجەکە بوونی نەما.
کۆڵێێ پێیوابوو شتێکی ناسروشتی ڕوودەدات:
کە هەوکردنی بەکتریایی پێستەکە سیستەمی بەرگری نەخۆشەکەی بەهێز و ئامادە کرد
بۆ ئەوەی لە دژی شێرپەنجەکە بجەنگێت.
گرنگی دۆزینەوەکەی کۆڵێی وای لێ کرد ببێتە پێشەنگ
کە بەکتریاکەی بەکارهێنا وەکو چارەسەرێکی سەرکەوتووی شێرپەنجە.
سەدەیەک دواتر، زانایانی زیندەزانی ڕێگەیەکی باشتریان دۆزییەوە
کە چارەسەرەکەیان پێشبینی نەکرابوو —
بە پڕۆگرامکردنی بەکتریاکان بۆ گواستەنەوەی چارەسەر بەشێوەیەکی ڕاستەوخۆ بۆ وەرەمەکان.
شێرپەنجە سەرهەڵدەدات لەو کاتەی خانەکان گۆڕانکاریان بەسەردا دێت،
و دەبێتە هۆکاری گەشەی خێرایان پێیان دەڵێن وەرەم.
چارەسەرەکانی وەکو تیشک، دەرمانی کیمیایی، و کوتان
هەوڵی لە ناوبردنی خانە تووشبووەکان دەدەن، بەڵام کاریگەری خراپیش لەسەر تەواوی
لاشە دروست دەکەن و ڕێگری لە گەشەی تەندروستی شانەکان دەکەن.
هەرچەندە، هەندێک بەکتریای وەکو ئی. کۆلی
سوودێکی ناوەزەیی هەیە کە دەتوانێت بەشێوەیەکی دیاریکراوی گەورەبێت لە وەرەمدا.
لە ڕاستیدا، ناوکی وەرەمێک ژینگەیەکی نموونەیی دروست دەکات
دەتوانێت بەشێوەیەکی سەلامت چەند هێندەبێت، دوور لە خانەکانی بەرگری.
لەجیاتی ئەوەی ئاوا زیانی هەبێت،
بەکتریا دەتوانرێت بەرنامەڕێژ بکرێتەوە بۆ ئەوەی چارەسەری نەخۆشی شێرپەنجە بکات،
وەکو ئەسپی تەڕوادە کە ئامانجەکەی بریتی دەبێت لە وەرەمەکان.
بیرۆکەی بەرنامەڕێژکردنی بەکتریا بۆ تێگەیشتن و وەڵامدانەوەی بە ڕێگە تازەکان
جێگای سەرنجە و بەشێکە پێیدەڵێن زیندەزانی دەستکرد.
بەڵام چۆن بەکتریا بەرنامەڕێژ دەکرێت؟
وەڵامەکە بریتییە لە دەستکاریکردنی DNA.
بە زیادکردنی زنجیرە جیناتێکی هاوبەش بۆ ناو بەکتریا،
دەتوانرێت ئاڕاستە بکرێن بۆ پێکهێنانی گەردی جیاواز.
وەکو ئەو گەردانەی کە گەشەی خانە شێرپەنجەییەکان دەوەستێنن.
دەتوانرێت وا درووست بکرێن کە بەتایبەتی مامەڵە بکەن
ئەمەش بە یارمەتی سووڕی زیندەیی.
شێواز جیاوازی ئەم بەرنامانە دەوستێتە سەر هەبوون، نەبوون،
یان تێکەڵێک لەم هۆکارانە.
بۆ نموونە، وەرەمەکان ڕێژەیەکی کەمی ئۆکسجین، ترشییەتی و
زۆر بەرهەمهێنانی گەردی تایبەتیان هەیە.
زانایانی زیندەزانی دەتوانن بەکتریا پرۆگرام بکەن بۆ دەست نیشانکردنی ئەو بارودۆخانە،
بە ئەنجامدانی ئەمە، دەتوانن وەڵام بدەنە وەرەمەکان کاتێک پەردەی سەلامەت وازلێدێنن.
یەکێک لە جۆرەکانی سووڕی زیندەیی،
ناسراوە بە SLC،
دەتوانێت وا لە بەکتریاکان بکات تەنها دەرمان نەگوازنەوە،
بەڵکو پلانڕێژ بکرێن.
یەکەم، بۆ پاراستنی شانەی تەندروست،
ئەنجامی دەرمانە دژە-شێرپەنجەییەکە دەردەکەوێت بە گەورە بوونی بەکتریاکە،
ئەمەش تەنها لە ناو خودی وەرەمەکەدا دەردەکەوێت.
دواتر، دوای ئەوەی کە دەرمانەکانیان دروست کرد،
دوگمە-دەستپێک دەبێتە هۆکاری ئەوەی بەکتریاکە بیتەقێنێتەوە
کاتێک دەگات بە ئاستێکی گرنگی کۆمەڵەکە.
سەرئەنجام دەرمانەکە بڵاو دەبێتەوە و ژمارەی بەکتریاکانیش کەم دەبنەوە.
سەرەڕای ئەمەش، ڕێژەی کەمی بەکتریاکان بە زیندووی دەمێننەوە
بۆ نوێکردنەوەی خانە بەکتریاییەکان.
وردە وردە ژمارەیان زیاد دەکات تاکو دەگەنە ئاستی پێویست بۆ تەقاندنی بەکتریاکە،
و ئەم سوڕە بەردەوام دەبێت.
ئەم سوڕە دەکرێت باش ئاڕاستە بکرێت بۆ گواستنەوەی دەرمانەکەن
لە هەر خولێکی خشتەکە باشترین شتە بۆ لەناوبردنی شێرپەنجە.
ئەم ڕێگە چارەسەرە تاقیکرایەوە و سەلمێندرا لەسەر مشکەکان.
زانایان نەیانتوانی وەرەمی لیمفۆما بەسەرکەوتوویی لەناوبەرن
بەکتریایان بەکارهێنا،
بەڵام دەرزی لێدانەکە کاریگەری لە سیستەمی بەرگری کرد،
ئامادەکردنی خانە کوتراوەکان بۆ دیاریکردنی و هێرشکردنە سەر خانە توشبووەکان بە لیمفۆما
لەهەر شوێنێکی تری مشکەکەدا.
بە پێچەوانەی چارەسەرەکانی تر،
بەکتریا جۆرێکی تایبەت لە شێرپەنجە ناکاتە ئامانج،
بەڵام تایبەتمەندییە گشتییەکانی هەموو جۆرەکانی وەرەم دەکاتە ئامانج.
بەکتریای بەرنامەڕێژکراو تەنها بۆ لە ناوبردنی شێرپەنجە بەکار نایەن.
لە جیاتی ئەوە، دەتوانن وەکو هەستەوەری کاریگەر
کاربکەن بۆ چاودێریکردنی نەخۆشییەکانی داهاتوو.
بەکتریایی سودبەخشی ناو خۆراک دەکرێت چالاک نەبێت لەناو بۆڕی خواردنماندا،
کە ئەرکیان دیاریکردن، ڕێگریکردن، و چارەسەرکردنی شێواوییە
پێش ئەوەی نیشانەکانی نەخۆشی سەرهەڵبدەن.
بەرەوپێشچوونی تەکنەلۆجیا کاریگەری گرنگی دروست کردووە لەسەر داهاتوو
بەجۆرێک چارەسەری پزیشکی لەڕێگەی ڕۆبۆتی میکانیکییەوە دەبێت.
بەڵام سوپاس بۆ بلیۆنان ساڵی پەرەسەندن
کە خاڵی دەستپێکمان هەیە
لە شێوەی بەکتریایی چاوەڕوان نەکراوی زیندەیی.
زیندەزانی دەستکرد زیاد بکە بۆ ڕەچەتەکە،
کێ دەزانێت کە چی بەم نزیکانە ڕوودەدات.
1884 schien sich das Unglück eines Patienten weiter zu verschlimmern.
Dieser Patient hatte einen schnell wachsenden Krebs am Hals
und erkrankte dann an einer unabhängigen bakteriellen Hautinfektion.
Doch schon bald geschah etwas Unerwartetes:
Als er sich von der Infektion erholte, begann sich auch der Krebs zurückzubilden.
Als ein Arzt namens William Coley den Patienten 7 Jahre später aufspürte,
blieben keine sichtbaren Anzeichen des Krebses zurück.
Coley glaubte, dass etwas Bemerkenswertes geschah:
dass die bakterielle Infektion das Immunsystem des Patienten
zur Bekämpfung des Krebses angeregt hatte.
Coleys glückliche Entdeckung ermöglichte es ihm,
als Pionier die gezielte Injektion von Bakterien
zur erfolgreichen Krebsbehandlung einzusetzen.
Über 100 Jahre später haben synthetische Biologen einen noch besseren Weg gefunden,
die einst ungewöhnlichen Verbündeten zu nutzen --
indem sie sie so programmierten,
dass sie Wirkstoffe sicher und gezielt zu Tumoren transportieren.
Krebs entsteht, wenn sich normale Zellenfunktionen so verändern,
dass sie sich dadurch schnell vermehren und Wucherungen bilden,
die Tumore genannt werden.
Behandlungen wie Bestrahlung, Chemo- und Immuntherapie versuchen,
bösartige Zellen abzutöten, können aber den gesamten Körper schädigen
und dabei gesundes Gewebe zerstören.
Einige Bakterien wie E. coli haben jedoch den einzigartigen Vorteil,
dass sie selektiv im Inneren von Tumoren wachsen können.
Tatsächlich bildet der Kern eines Tumors eine ideale Umgebung,
in der sie sich sicher und vor Immunzellen verborgen vermehren können.
Anstatt Infektionen zu verursachen, können Bakterien so umprogrammiert werden,
dass sie krebsbekämpfende Medikamente in sich tragen
und als Trojanische Pferde agieren, die den Tumor von innen heraus angreifen.
Diese Idee, Bakterien so zu programmieren,
dass sie auf völlig neue Art und Weise wahrnehmen und reagieren,
ist ein Schwerpunkt der synthetischen Biologie.
Wie können wir Bakterien programmieren?
Der Schlüssel liegt in der Manipulation ihrer DNS.
Indem man bestimmte genetische Sequenzen in Bakterien einfügt,
kann man sie anweisen, verschiedene Moleküle zu synthetisieren,
darunter auch solche, die das Krebswachstum stören.
Bakterien können auch mit Hilfe biologischer Schaltkreise
zu ganz bestimmten Verhaltensweisen angeregt werden.
Diese steuern unterschiedliche Reaktionen in Abhängigkeit
von der Anwesenheit, Abwesenheit oder Kombination bestimmter Faktoren.
Zum Beispiel haben Tumore niedrige Sauerstoff- und pH-Werte
und produzieren zu viele spezifische Moleküle.
Synthetische Biologen programmieren Bakterien so,
dass sie diese Bedingungen wahrnehmen und hierdurch auf Tumore reagieren,
während gesundes Gewebe gemieden wird.
Eine Art biologischer Kreislauf,
der als synchronisierter Lysekreislauf oder SLC bekannt ist,
ermöglicht es den Bakterien, nicht nur Medikamente zu befördern,
sondern dies nach einem festgelegten Zylkus zu tun.
Um eine Schädigung gesunden Gewebes zu vermeiden,
beginnt die Produktion von Wirkstoffen erst mit dem Wachstum der Bakterien,
was nur innerhalb des Tumors selbst geschieht.
Nachdem die Wirkstoffe produziert wurden,
bewirkt ein Notschalter das Platzen der Bakterien,
wenn eine kritische Populations- schwelle überschritten wird.
Dadurch wird das Medikament freigesetzt und die Bakterienpopulation verringert.
Ein gewisser Prozentsatz der Bakterien bleibt jedoch am Leben,
um die Kolonie wieder zu vergrößern.
Mit der Zeit wird ihre Zahl so groß, dass erneut der Notschalter umgelegt wird,
und der Zyklus beginnt von vorne.
Dieser Kreislauf kann optimiert werden,
so dass Medikamente nach dem Zyklus freigesetzt werden,
der am besten zur Bekämpfung des Krebses geeignet ist.
Dieser Ansatz hat sich bei wissenschaftlichen Studien mit Mäusen
als vielversprechend erwiesen.
Es gelang den Wissenschaftlern nicht nur,
mit Bakterien injizierte Lymphomtumore erfolgreich zu beseitigen,
sondern die Injektion stimulierte auch das Immunsystem,
indem es die Immunzellen dazu brachte,
unbehandelte Lymphome an anderen Stellen in der Maus zu erkennen und anzugreifen.
Im Gegensatz zu anderen Therapien,
richten sich die Bakterien nicht gegen eine bestimmte Krebsart,
sondern gegen allgemeine Eigenschaften, die bei allen soliden Tumoren gleich sind.
Programmierbare Bakterien sind nicht nur auf die Krebsbekämpfung beschränkt.
Sie können als komplexe Sensoren dienen,
um Orte zukünftiger Krankheiten zu überwachen.
Unbedenkliche Probiotika könnten in unseren Eingeweiden schlummern,
wo sie Störungen erkennen, verhindern und bekämpfen,
noch bevor Symptome auftreten.
Technologische Fortschritte sorgten für Aufregung
um die Zukunft der personalisierten Medizin,
die von mechanischen Nanorobotern angetrieben wird.
Dank der Milliarden von Jahren währenden Evolution
haben wir vielleicht einen Ausgangspunkt
mit der unerwarteten Biologie der Bakterien.
Fügt man noch etwas synthetische Biologie hinzu,
wer weiß, was bald möglich sein könnte.
En 1884, la suerte de un paciente parecía ir de mal en peor.
Este paciente tenía un cáncer que crecía rápidamente en su cuello,
y luego contrajo una infección bacteriana de piel no relacionada.
Pero entonces sucedió algo inesperado:
mientras se recuperaba de la infección, el cáncer comenzó a retroceder.
Cuando un médico llamado William Coley localizó al paciente siete años después,
no quedaban signos visibles de cáncer.
Coley creyó que algo notable había ocurrido:
que la infección bacteriana
había estimulado el sistema inmunitario del paciente para combatir el cáncer.
Su afortunado descubrimiento lo llevó a impulsar
la inyección intencional de bacterias como tratamiento efectivo contra el cáncer.
Más de un siglo después, los biólogos sintéticos han encontrado
una mejor forma de usar estos antes poco probables aliados
al programarlos para suministrar medicamentos
de forma segura y directa a los tumores.
El cáncer ocurre cuando las funciones normales de las células se alteran,
lo que hace que se multipliquen rápido y formen masas llamadas tumores.
Tratamientos como la radiación, la quimioterapia y la inmunoterapia
intentan eliminar las células malignas, pero pueden afectar a todo el cuerpo
y deteriorar tejidos sanos en el proceso.
Sin embargo, algunas bacterias como la E. coli
tienen la ventaja única de ser capaces de crecer selectivamente
dentro de los tumores.
De hecho, el núcleo de un tumor forma un ambiente ideal
donde se pueden multiplicar a salvo, escondidas de las células inmunitarias.
En lugar de causar infección,
las bacterias pueden reprogramarse para llevar medicamentos contra el cáncer
y actuar como caballos de Troya que atacan el tumor desde dentro.
Esta idea de programar bacterias con tareas novedosas de detección y respuesta
es el enfoque principal del campo llamado Biología Sintética.
Pero ¿cómo pueden programarse las bacterias?
La clave está en manipular su ADN.
Al insertar secuencias genéticas particulares en las bacterias,
se les puede indicar que sinteticen diferentes moléculas,
incluso las que interrumpen el crecimiento del cáncer.
También puede hacerse que se comporten de maneras muy específicas
con la ayuda de circuitos biológicos.
Estos programan diferentes comportamientos dependiendo de la presencia, ausencia
o combinación de ciertos factores.
Por ejemplo, los tumores tienen niveles bajos de oxígeno y pH,
y sobreproducen moléculas específicas.
Los biólogos sintéticos pueden programar bacterias para detectar esas condiciones
y, al hacerlo, atacar los tumores mientras evitan el tejido sano.
Un tipo de circuito biológico conocido como circuito sincronizado de Iisis o SLC,
permite que las bacterias no solo entreguen el medicamento,
sino que lo hagan en un horario establecido.
Primero, para evitar dañar tejido sano,
la producción de medicinas anticáncer comienza a medida que crecen las bacterias
y esto solo ocurre dentro del tumor mismo.
Luego, después de haber producido los medicamentos
un botón de eliminación hace que las bacterias exploten
cuando alcanzan un umbral crítico de población.
Esto libera la medicina y disminuye la población de bacterias.
Sin embargo, un determinado porcentaje de bacterias siguen vivas
para repoblar la colonia.
Al final, su número crece lo suficiente para activar el botón de eliminar de nuevo
y el ciclo continúa.
Este circuito se puede ajustar para entregar medicamentos en el horario
que resulte mejor para combatir el cáncer.
Este enfoque ha demostrado ser prometedor en ensayos clínicos con ratones.
No solo los científicos pudieron eliminar con éxito tumores de linfoma
inyectados con bacterias,
sino que la inyección estimuló el sistema inmunitario
preparando a las células inmunitarias para identificar y atacar linfomas no tratados
en otras partes del ratón.
A diferencia de otras terapias,
las bacterias no se dirigen a un tipo específico de cáncer,
sino a las características generales compartidas por todos los tumores sólidos.
Tampoco las bacterias programables se limitan solo a combatir el cáncer.
Pueden además servir como sofisticados sensores
que monitorean sitios de futuras enfermedades.
Las bacterias probióticas seguras podrían permanecer latentes
en nuestro intestino donde han detectado, prevenido y tratado trastornos
antes de que puedan causar síntomas.
Los avances en la tecnología han generado entusiasmo en torno a un futuro
de medicina personalizada impulsada por nanobots mecánicos.
Pero gracias a miles de millones de años de evolución,
podríamos tener ya un punto de partida
en la inesperada forma biológica de las bacterias.
Agrega biología sintética a la mezcla,
y quién sabe qué podría ser posible dentro de poco.
در سال ۱۸۸۴ بخت یک بیمار، از بد به بدتر تبدیل شد.
این بیمار سرطانی در گردنش داشت که به‌سرعت در حال رشد بود،
و بعد دچار عفونتِ باکتریایی نامربوط بر روی پوستش شد.
اما کمی بعد، اتفاق غیرمنتظره‌ای افتاد:
درحالی‌که او از عفونت بهبودی پیدا می‌کرد، سرطانش هم شروع به عقب کشیدن کرد.
وقتی یک دکتر به نام «ویلیام کُلی» ۷ سال بعد وضعیت این بیمار را بررسی کرد،
هیچ نشانه‌ی قابل‌مشاهده‌ای از سرطان باقی نمانده بود.
«کُلی» باور داشت اتفاقی قابل‌ توجه در حال رخ دادن بود:
این‌که عفونت باکتریایی سیستم ایمنی بدن بیمار را تحریک کرد--
تا با سرطان مبارزه کند.
این کشف اتفاقی «کُلی» باعث شد تا او پیش‌قدم شود
برای تزریق عمدی باکتری به منظور درمان موفق سرطان.
یک قرن بعد، زیست شناسان ترکیبی راه بهتری پیدا کردند
تا از باکتری‌ها استفاده شود --
به‌گونه‌ای که با برنامه‌ریزی کردن، داروها را به‌طور مستقیم به تومورها منتقل کنند.
سرطان زمانی اتفاق می‌افتد که کارکرد معمول سلول‌ها دچار تغییر می‌شود،
که باعث می‌شود تا آن‌ها مکرراً تکثیرشده و توده‌هایی به نام تومور را به وجود آورند.
درمان‌هایی مانند پرتودرمانی شیمی‌درمانی و ایمن درمانی
تلاش می‌کنند تا سلول‌های خطرناک را بکشند اما می‌توانند بر کل بدن اثر بگذارند
و در طی آن به بافت‌های سالم نیز آسیب برسانند.
اما برخی باکتری‌ها مانند «ایی کولای»
توانایی خاص آن را دارند که بتوانند به‌طور مشخصی درون تومورها رشد کنند.
در واقع هسته‌ یک تومور، محیط مناسبی را تشکیل می‌دهد
تا آن‌ها بتوانند به‌طور امنی تکثیر شوند، دور از دسترس سیستم ایمنی.
بجای ایجاد عفونت،
باکتری می‌تواند برنامه‌ریزی شود تا داروهای مبارز با سرطان را حمل کند،
آن‌ها به‌عنوان نیروهای نفوذی، از درون تومورها را مورد هدف قرار می‌دهند.
ایده‌ برنامه‌نویسی بر روی باکتری‌ها به‌گونه‌ای که به روش‌های نامعمول عمل کنند
یک کانون اصلی تمرکز در رشته‌ای به نام زیست‌شناسی ترکیبی است.
اما چگونه می‌توان بر روی باکتری برنامه‌نویسی کرد؟
کلید این کار دست‌کاری کردن دی‌ان‌ای آن‌هاست.
با افزایش برخی دنباله‌های ژنتیکی مشخص در باکتری
آن‌ها می‌توانند یاد بگیرند تا مولکول‌های مختلفی را به‌صورت ترکیبی درست کنند،
ازجمله آن‌هایی که رشدِ سرطان را مختل می‌کنند.
بعلاوه می‌توان آن‌ها را وادار کرد که به‌گونه‌ای خاص رفتار کنند
به کمک مدارهای زیستی.
این برنامه‌نویسی‌ها بر اساس رفتارهای مختلف مانند حضور و یا عدم حضور،
و یا ترکیبی از عوامل مختلف انجام می‌شود.
به‌طور مثال، تومورها سطح اکسیژن و پی‌اچ پایینی دارند
و برخی مولکول‌ها را به‌طور بیش‌ازحد تولید می‌کنند.
زیست شناسان ترکیبی می‌توانند باکتری را دست‌کاری کنند تا این حالت‌ها را تشخیص دهد،
و با این کار فقط به تومورها حساس شوند و از بافت‌های سالم دوری کنند.
یک نوع از مدارهای زیستی
معروف به «مدار زوال تدریجی همزمان» یا «اس‌ال‌سی»
به باکتری اجازه می‌دهد که نه‌تنها دارو را منتقل کند،
بلکه این کار را بر اساس یک برنامه‌ تنظیم‌شده انجام دهد.
اول، برای جلوگیری از آسیب رساندن به بافت‌های سالم،
استخراج داروهای ضد سرطان با رشد باکتری شروع می‌شود،
که فقط درون تومور اتفاق می‌افتد.
سپس وقتی آن‌ها داروها را استخراج کردند،
یک دکمه مرگ، باعثِ از هم پاشیدن باکتری‌ها می‌شود
آن هم وقتی‌که جمعیت آن‌ها بیش از حد رشد می‌کند.
باعث می‌شود که، هم داروها آزاد شوند و هم تعداد باکتری‌ها کم شود.
با این وجود درصدی از باکتری‌ها زنده می‌مانند
تا دوباره توده را پر کنند.
در نهایت تعداد آن‌ها به‌اندازه‌ای بزرگ می‌شود تا دکمه‌ مرگ دوباره فعال شود،
و این چرخه ادامه پیدا می‌کند.
با تغییراتی کوچک، این روند می‌تواند باعث انتقال داروها
بر اساس هر برنامه‌ دوره‌ای مناسبی برای مبارزه با سرطان شود.
این روش در آزمایش‌های علمی بر روی موش موفق عمل کرده است.
نه‌تنها دانشمندان توانستند تومورهای لنفاوی را با تزریق باکتری
با موفقیت از بین ببرند،
بلکه تزریق باکتری باعثِ تحریک سیستم ایمنی هم شد،
و سلول‌های ایمنی را برای شناسایی و مبارزه با غده‌های درمان نشده
در دیگر بخش‌های بدن موش آماده کرد.
برخلاف دیگر انواع درمان‌ها،
باکتری فقط یک نوع سرطان را هدف قرار نمی‌دهد،
بلکه هدفش تمامی تومورها با یک سری ویژگی‌های یکسان است.
همین‌طور باکتری‌ها فقط برای مبارزه با سرطان برنامه‌نویسی نمی‌شوند.
در عوض آن‌ها می‌توانند به‌عنوانِ گیرنده‌های ماهری عمل کنند که
زمینه‌های بیماری‌های آینده را تشخیص می‌دهند.
باکتری‌های ایمن، می‌توانند درون روده‌ی ما به‌طور ساکن بمانند،
جایی که می‌توانند اختلال‌ها را تشخیص دهند، پیشگیری و درمان کنند
قبل اینکه آن‌ها شانس این را داشته باشند که باعث بیماری شوند.
پیشرفتِ این فناوری، هیجان زیادی را برای یک آینده
با داروهای شخصی‌سازی‌شده توسط نانو روبات‌ها به وجود میاورد.
اما به لطف میلیاردها سال تکامل
ما ممکن است همین حالا یک نقطه‌ی شروعی در
یک حالت نامعمول باکتری زیستی داشته باشیم.
به آن زیست‌شناسی ترکیبی را هم اضافه کنید،
و چه کسی می‌داند چه چیزی در آینده ممکن خواهد بود.
En 1884, l'état de santé d'un patient semblait aller de mal en pis.
Ce patient avait une tumeur en progression rapide dans le cou
et contracta ensuite une infection cutanée bactérienne sans lien au cancer.
Mais peu après, quelque chose d'inattendu se produisit :
alors qu'il guérissait de l'infection, la tumeur commença aussi à rétrécir.
Quand un médecin appelé William Coley examina le patient sept ans plus tard,
il ne restait aucun signe visible du cancer.
Coley pensait que quelque chose de surprenant se produisait :
l'infection bactérienne avait stimulé le système immunitaire du patient
pour combattre le cancer.
La découverte chanceuse de Coley le poussa à inventer
l'injection intentionnelle de bactéries pour soigner le cancer avec succès.
Plus d'un siècle plus tard, les biologistes synthétiques ont trouvé
comment mieux utiliser ces alliés autrefois improbables —
en les programmant pour qu'ils délivrent directement des médicaments aux tumeurs.
Le cancer survient quand les fonctions normales des cellules sont modifiées
et qu'elles se multiplient pour former des excroissances appelées tumeurs.
Des traitements comme la radiothérapie, la chimiothérapie et l'immunothérapie
tentent de supprimer les cellules malignes,
mais affectent tout le corps et perturbent les tissus sains dans le processus.
Cependant, des bactéries comme E. coli
ont l'avantage unique de se développer dans les tumeurs de manière sélective.
En fait, le cœur de la tumeur forme un environnement idéal
où elles se multiplient en sécurité, à l'écart des cellules immunitaires.
Au lieu de provoquer une infection, les bactéries peuvent être reprogrammées
pour transporter des médicaments anticancéreux, comme des chevaux de Troie
ciblant la tumeur de l'intérieur.
La programmation des bactéries pour détecter et réagir d'une façon novatrice
est l'objectif central d'un domaine appelé biologie synthétique.
Mais comment programmer les bactéries ?
La clé réside dans la manipulation de leur ADN.
En insérant une séquence génétique spécifique dans les bactéries,
on peut leur demander de synthétiser des molécules différentes,
y compris celles qui perturbent la croissance du cancer.
Elles peuvent aussi être conçues pour se comporter de manière très spécifique,
à l'aide de circuits biologiques.
Des comportements différents sont programmés en fonction de la présence,
de l'absence ou de la combinaison de certains facteurs.
Par exemple, les tumeurs ont des taux d'oxygène et de pH faibles
et surproduisent des molécules spécifiques.
Les biologistes synthétiques peuvent programmer les bactéries pour détecter
ces conditions et ainsi répondre aux tumeurs en évitant le tissu sain.
Un type de circuit biologique, appelé circuit de lyse synchronisée ou CLS,
permet aux bactéries de délivrer les médicaments à des horaires définis.
Tout d'abord, pour éviter d'endommager les tissus sains,
la production de médicaments commence dès que les bactéries se développent,
ce qui ne se produit qu'à l'intérieur de la tumeur.
Ensuite, après avoir produit les médicaments,
un interrupteur provoque l'éclatement des bactéries
lorsqu'elles atteignent un seuil de population critique.
Ceci libère à la fois le médicament et diminue la population de bactéries.
Cependant, un certain pourcentage de bactéries reste en vie
pour reconstituer la colonie.
Enfin, leur nombre augmente suffisamment pour déclencher à nouveau l'interrupteur
et le cycle continue.
Ce circuit peut être ajusté avec précision pour libérer les médicaments
sur le calendrier le plus adapté pour combattre le cancer.
Cette approche est prometteuse dans des tests scientifiques sur les souris.
Les scientifiques ont non seulement réussi à éliminer les lymphomes
injectés avec des bactéries, mais l'injection a aussi stimulé
le système immunitaire, préparant les cellules immunitaires à identifier
et attaquer les lymphomes non traités chez la souris.
Dans d'autres thérapies, les bactéries ne ciblent pas un seul type de cancer,
mais plutôt les caractéristiques générales communes aux tumeurs solides.
Les bactéries programmables ne se limitent pas seulement à combattre le cancer.
Elles servent plutôt de capteurs sophistiqués
surveillant les zones potentielles de maladie.
Les « bonnes » bactéries probiotiques pourraient peut-être rester inactives
dans l'intestin et ainsi détecter, éviter et traiter les maladies
avant qu'elles ne causent des symptômes.
Les avancées technologiques ont créé de l'enthousiasme autour d'un avenir
avec des médicaments personnalisés menés par des nanorobots mécaniques.
Mais grâce à des milliards d'années d'évolution,
nous avons peut-être un point de départ
sous la forme biologique inattendue de bactéries.
Ajouter de la biologie synthétique au mélange
et qui sait ce qui pourrait bientôt être possible.
ב 1884, מזלו של חולה נראה מידרדר מרע לגרוע.
לחולה היה סרטן שגדל במהירות על צווארו,
ואז הוא נדבק בזיהום בקטריאלי לא קשור בעור.
אבל במהרה, משהו לא צפוי קרה:
כשהוא השתקם מהזיהום, גם הסרטן החל לסגת.
כשרופא בשם וויליאם קולי ביצע מעקב אחר החולה 7 שנים מאוחר יותר,
לא נשארו סימנים נראים לסרטן.
קולי האמין שמשהו פלאי התרחש:
שהזיהום הבקטריאלי עורר את המערכת החיסונית של החולה
כדי להלחם בסרטן.
הגילוי בר המזל של קולי הוביל אותו להפוך לחלוץ
בהזרקה מכוונת של בקטריות כדי לטפל בסרטן.
מאה שנים מאוחר יותר, ביולוגים סינטטיים מצאו דרך טובה יותר
להשתמש בבעלי הברית הלא הגיוניים האלה --
על ידי תכנותם לספק תרופות באופן בטוח יותר ישירות לגידולים.
סרטן מתרחש כשפעולות רגילות של תאים משתנות,
מה שגורם להם להתרבות במהירות וליצור גדילות שנקראות גידולים.
טיפולים כמו קרינה, כימותרפיה, ואימונו תרפיה
מנסים להרוג תאים סרטניים, אבל יכולים להשפיע על כל הגוף
ולהפריע לרקמות בריאות בתהליך.
עם זאת, לכמה בקטריות כמו אי קולי
יש יתרון יחודי של להיות מסוגלות לגדול סלקטיבית בתוך גידולים.
למעשה, לב הגידול יוצר סביבה אידיאלית
שם הם יכולים להשתכפל בבטחה חבויים מתאי החיסון.
במקום לגרום להדבקה,
בקטריות יכולות להיות מתוכנתות מחדש לשאת תרופות נלחמות בסרטן,
שפועלות כמו סוס טרויאני שמטווח את הגידול מבפנים.
הרעיון של תכנות בקטריות לחוש ולהגיב בדרכים חדשניות
הוא מוקד עיקרי בתחום שנקרא ביולוגיה סינטטית.
אבל איך בקטריה יכולה להיות מתוכנתת?
המפתח נמצא בשינוי ה DNA.
על ידי הכנסת רצפים גנטיים מסויימים לבקטריה,
הן יכולות לקבל הוראות לסנטז מולקולות שונות,
כולל אלו שמפריעות לסרטן לגדול.
אפשר לגרום להן גם להתנהג בדרכים מאוד מסויימות
בעזרת מעגלים ביולוגיים.
אלה מתכנתים התנהגויות שונות בהתבסס על הנוכחות, ההעדרות,
או הצרוף של גורמים מסויימים.
לדוגמה, לגידולים יש רמות נמוכות של חמצן וחומציות
ומייצרות בעודף מולקולות מסוימות.
ביולוגים סינטטיים יכולים לתכנת בקטריות לחוש את המצבים האלה,
ובכך, להגיב לגידולים בעודם נמנעים מרקמות בריאות.
סוג אחד של מעגלים ביולוגיים, שידועים כמעגלי ליסיס מסונכרנים, או SLC,
מאפשרים לבקטריות לא רק לספק תרופות, אלא לעשות זאת גם בתזמון קבוע.
ראשית, כדי להמנע מפגיעה ברקמות הבריאות,
יצור של תרופות נוגדות סרטן מתחיל כשבקטריות גדלות,
מה שקורה רק בתוך הגידול עצמו.
ואז, אחרי שהן יצרו את התרופות,
מתג הרג גורם לבקטריה להתבקע
כשהן מגיעות לסף אוכלוסיה קריטי.
זה גם משחרר את התרופה ומפחית את אוכלוסיית הבקטריות.
עם זאת, אחוז מסויים של הבקטריות נותר חי
כדי לחדש את המושבה.
לבסוף המספרים שלהן גדלים מספיק כדי לעורר את מתג ההרג שוב,
והמחזור ממשיך.
המעגל הזה יכול להיות מכוונן כדי לספק תרופות בכל תדירות שנדרשת
כדי להלחם בסרטן בצורה מיטבית.
הגישה הזו הוכחה כמבטיחה בניסויים קליניים בעכברים.
לא רק שהמדענים היו מסוגלים לחסל ביעילות גידולי לימפומה
שמוזרקים להם בקטריות, אלא שההזרקה גם מעוררת את מערכת החיסון,
מה שמכין את תאי החיסון לזהות ולתקוף את הלימפומה הלא מטופלת
במקומות אחרים בעכבר.
בניגוד להרבה תרופות אחרות, בקטריות לא מטווחות סוג מסויים של סרטן,
אלא את התכונות הכלליות שכל תאי הסרטן המוצקים חולקים.
בקטריות מתוכנתות גם אינן מוגבלות למלחמה בסרטן בלבד,
אלא, הן יכולות לשמש כגלאים מורכבים
שמנטרים מיקומים של מחלות עתידיות.
בקטריות פרוביוטיות בטוחות יוכלו אולי לנוח רדומות בתוך המעיים שלנו,
שם הם מזהות, מונעות, ומטפלות בהפרעות
לפני שיש להן הזדמנות לגרום לסימפטומים.
התקדמויות בטכנולוגיה יצרו התרגשות סביב העתיד
של רפואה מותאמת אישית שמונעת על ידי ננו בוטים מכאניים.
אבל הודות למיליארדי שנים של אבולוציה
אולי יש לנו כבר נקודת התחלה
בצורה הביולוגית הלא צפויה של בקטריות.
הוסיפו את הביולוגיה הסינטטית למערכה,
ומי יודע מה יהיה אפשרי בקרוב.
Tahun 1884, kondisi seorang pasien semakin memburuk.
Pasien ini mengidap kanker yang tumbuh cepat di lehernya,
kemudian terkena infeksi kulit yang tidak berhubungan akibat bakteri.
Setelahnya, sesuatu yang tak terduga terjadi:
saat dia pulih dari infeksi, kankernya juga mulai sembuh.
Seorang dokter bernama William Coley menemui pasien tersebut 7 tahun kemudian,
tidak tampak bekas kanker padanya.
Coley percaya sesuatu yang luar biasa telah terjadi:
infeksi bakteri merangsang sistem kekebalan tubuh pasien itu
untuk melawan kanker.
Penemuan Coley membuat dirinya untuk memelopori
tindakan injeksi bakteri yang disengaja untuk mengobati kanker.
Satu abad kemudian, ahli biologi sintetis menemukan cara yang lebih baik
untuk memanfaatkan bakteri—
dengan memprogram bakteri untuk menyalurkan obat langsung ke tumor.
Kanker terjadi ketika fungsi normal sel berubah,
menyebabkan sel membelah diri dengan cepat sehingga terbentuk tumor.
Terapi seperti radiasi, kemoterapi, dan imunoterapi
mencoba membunuh sel-sel ganas, tetapi bisa memengaruhi seluruh tubuh
dan merusak jaringan yang sehat dalam pelaksanaannya.
Namun, beberapa bakteri seperti E. coli
memiliki kemampuan unik yaitu mampu tumbuh secara selektif di dalam tumor.
Faktanya, inti tumor membentuk lingkungan yang ideal
di mana bakteri dapat membelah diri dengan aman, tersembunyi dari sel imun.
Alih-alih menyebabkan infeksi,
Bakteri dapat diprogram ulang untuk menyalurkan obat pelawan kanker,
bertindak seperti Kuda Troya melawan tumor dari dalam.
Ide pemrograman bakteri untuk merasakan dan merespons dengan cara baru
adalah fokus utama suatu bidang yang disebut Biologi Sintetis.
Tetapi bagaimana cara bakteri diprogram?
Kuncinya terletak pada memanipulasi DNA mereka.
Dengan menyisipkan urutan genetik tertentu ke dalam bakteri,
sehingga bisa diperintah untuk menyintesis molekul yang berbeda,
termasuk molekul yang mengganggu pertumbuhan kanker.
Bakteri juga dapat diprogram untuk berperilaku dalam cara tetentu
dengan bantuan sirkuit biologis.
Program ini membedakan perilaku tergantung pada ada, tidak adanya,
atau kombinasi faktor-faktor tertentu.
Misalnya, tumor mempunyai kadar oksigen dan pH yang rendah
dan menghasilkan terlalu banyak molekul tertentu.
Ahli biologi sintetik dapat memprogram bakteri untuk merasakan kondisi tersebut,
dengan cara itu, bakteri mengobati tumor tanpa mengganggu jaringan yang sehat.
Satu jenis sirkuit biologis, yaitu "synchronized lysis circuit," atau SLC,
membuat bakteri menyalurkan obat pada jadwal yang ditentukan.
Pertama, untuk menghindari jaringan sehat,
produksi obat anti kanker dimulai saat bakteri tumbuh,
yang hanya terjadi di dalam tumor itu sendiri.
Selanjutnya, setelah bakteri menghasilkan obat,
mekanisme "kill-switch" membuat bakteri meledak
ketika mencapai ambang batas kritis populasi.
Fungsinya untuk melepaskan obat dan mengurangi populasi bakteri.
Namun, bakteri tetap hidup pada persentase tertentu
untuk mengembalikan koloni.
Kemudian, jumlah mereka bertambah lagi memicu aktifnya mekanisme "kill switch,"
dan siklus ini terus berulang.
Sirkuit ini dapat diatur untuk menyalurkan obat pada jadwal periodik mana pun
yang paling baik untuk melawan kanker.
Pendekatan ini terbukti menjanjikan dalam uji coba ilmiah menggunakan tikus.
Ilmuwan tidak hanya berhasil menghilangkan tumor limfoma
yang disuntik dengan bakteri, tetapi juga merangsang sistem kekebalan tubuh,
menyiapkan sel imun untuk mengidentifikasi dan menyerang limfoma yang sakit
di tempat lainnya pada tubuh tikus.
Berbeda dengan terapi lainnya, bakteri tidak menargetkan jenis kanker tertentu,
melainkan semua ciri umum yang dimiliki oleh semua tumor padat.
Bakteri yang dapat diprogram tidak terbatas hanya melawan kanker.
Sebaliknya, mereka dapat berfungsi sebagai sensor canggih
yang memantau penyakit di masa depan.
Bakteri probiotik bisa jadi sedang tidur di dalam perut kita,
tempat mereka mendeteksi, mencegah, dan mengobati gangguan
sebelum kanker memiliki kesempatan menyebabkan gejala.
Kemajuan teknologi telah menciptakan kegembiraan
tentang masa depan obat yang disalurkan oleh mesin nanobot.
Berkat miliaran tahun evolusi
kita sudah memiliki titik awal
bentuk biologis bakteri yang tak terduga.
Ditambah dengan biologi sintetis,
tidak ada yang tahu apa saja yang mungkin terjadi.
Nel 1884, la fortuna di un paziente sembrò andare di male in peggio.
Questo paziente aveva un cancro al collo che cresceva velocemente,
e poi si prese un'infezione batterica cutanea non correlata al cancro.
Ma dopo poco, successe qualcosa di inaspettato:
man mano che l'infezione guariva, anche il cancro iniziò a regredire.
Quando il dottor William Coley visitò il paziente sette anni dopo,
non c'era alcun segno visibile del cancro.
Coley credeva che stesse succedendo qualcosa di incredibile:
l'infezione batterica aveva stimolato il sistema immunitario del paziente
a combattere il cancro.
La fortunata scoperta di Coley lo portò ad aprire la strada
all'iniezione intenzionale di batteri per curare il cancro con successo.
Più di 100 anni dopo, i biologi sintetici hanno trovato un modo ancora migliore
di usare questi alleati una volta improbabili:
programmarli per trasportare i medicinali in modo sicuro direttamente ai tumori.
Il cancro si sviluppa quando le funzioni delle cellule si alterano,
inducendole a moltiplicarsi rapidamente e formare dei noduli chiamati tumori.
I trattamenti come la radioterapia, la chemioterapia e l'immunoterapia
cercano di uccidere le cellule maligne, ma possono colpire tutto il corpo
e danneggiare i tessuti sani nel processo.
Tuttavia, alcuni batteri come l'Escherichia coli
hanno il vantaggio unico di crescere selettivamente all'interno dei tumori.
Di fatto, il nucleo di un tumore costituisce un ambiente ideale
in cui possono moltiplicarsi in sicurezza, al riparo dalle cellule immunitarie.
Invece di causare un'infezione,
i batteri possono essere riprogrammati per trasportare i farmaci anti-cancro,
che si comportano come un trojan horse, colpendo il tumore dall'interno.
L'idea di programmare i batteri per percepire e reagire in modi nuovi
è un obiettivo primario nel campo della biologia sintetica.
Ma come si possono programmare i batteri?
La chiave è la manipolazione del loro DNA.
Inserendo delle sequenze genetiche particolari nei batteri,
questi possono essere indotti a sintetizzare molecole diverse,
incluse quelle che inibiscono la crescita del cancro.
Possono anche essere indotte a comportarsi in modi molto precisi
con l'aiuto di circuiti biologici.
Questi programmano diverse reazioni in base alla presenza, all'assenza
o alla combinazione di certi fattori.
Per esempio, i tumori hanno bassi livelli di ossigeno e pH
e producono specifiche molecole in eccesso.
I biologici sintetici possono programmare i batteri per rilevare quelle condizioni,
e, così facendo, reagire ai tumori evitando i tessuti sani.
Un tipo di circuito biologico, conosciuto come circuito di lisi sincronizzato
permette ai batteri non solo di trasportare farmaci,
ma di farlo secondo uno schema predefinito.
Innanzitutto, per evitare di danneggiare il tessuto sano,
la produzione di farmaci anti-cancro comincia con la crescita dei batteri,
il che si verifica solo all'interno del tumore stesso.
In seguito, dopo aver prodotto il farmaco,
un interruttore fa esplodere i batteri
quando raggiungono una soglia di popolazione critica.
Ciò rilascia il farmaco e al contempo riduce la popolazione batterica.
Tuttavia, una certa percentuale di batteri rimane in vita
per ricostituire la colonia.
Infine, il numero aumenta ancora fino ad attivare di nuovo l'interruttore
e continuare il ciclo.
Questo circuito può essere perfezionato per trasportare farmaci
con qualsiasi schema temporale vada meglio per combattere il cancro.
Questo approccio si è rivelato promettente negli studi clinici con i topi.
Non solo gli scienziati hanno eliminato con successo i linfomi
iniettati con batteri, ma l'iniezione ha stimolato il sistema immunitario
preparando le cellule immunitarie a identificare e attaccare nuovi linfomi
in altre parti del topo.
Al contrario di molte terapie,
i batteri non colpiscono un tipo specifico di cancro,
ma piuttosto le caratteristiche generali che tutti i tumori solidi condividono.
Inoltre, i batteri programmati non si limitano a combattere il cancro.
Possono fungere da sensori sofisticati
che monitorano le zone potenziali di future malattie.
I batteri probiotici buoni potrebbero rimanere dormienti nel nostro intestino,
dove potrebbero rilevare, prevenire e trattare i disturbi
prima che si presentino i sintomi.
I progressi tecnologici hanno generato entusiasmo per un futuro
con farmaci personalizzati, guidato da nanorobot meccanici.
Ma grazie a milioni di anni di evoluzione,
potremmo già avere un punto di partenza
nell'inaspettata forma biologica dei batteri.
Aggiungiamo al tutto la biologia sintetica
e chissà cosa potrebbe essere possibile a breve.
1884年 ある患者は 運に見放されたように思われました
頸部に 急速に成長するがんができ
さらに がんと無関係な 細菌性皮膚感染症を発症したのです
しかしすぐに 予期せぬコトが起きました
感染症から回復するにつれて がんも退縮し始めたのです
ウィリアム・コーリーという医師が ７年後にその患者を診察したところ
がんの形跡は見当たりませんでした
驚くべきコトが起きていると コーリー医師は確信しました
細菌性感染症が 患者の免疫系を刺激し
がんを撃退したに違いない
コーリー医師の この幸運な発見によって
細菌の意図的な注射による がん治療の道が開けました
１世紀以上を経て 合成生物学者が さらに優れた方法を発見しました
かつては味方とは思えなかった細菌を
プログラムし 薬を安全に 直接腫瘍に届ける方法です
がんは 細胞の正常機能が 変化することで発生し
細胞が急速に増殖し 腫瘍を形成したものです
放射線治療、化学療法、免疫療法などの 治療法は
悪性細胞を死滅させることが狙いですが 全身に影響を及ぼし
その過程で 健康な組織も破壊してしまいます
しかし 大腸菌のような細菌は
腫瘍の中で選択的に育つという ユニークな特性を持ちます
実際 腫瘍の中心部は 細菌にとって理想的な環境であり
そこで免疫細胞から隠れて 安心して増殖できるのです
感染症を引き起こす代わりに
腫瘍に抗がん剤を運ぶよう 細菌を再プログラムし
トロイの木馬のように 内部から腫瘍を狙えます
細菌をプログラムし 新たな方法で 周囲を感知し反応させるという発想は
合成生物学と呼ばれる分野の中で 最も注目されています
では どうすれば 細菌をプログラムできるのでしょうか
その鍵は 細菌の遺伝子操作にあります
細菌に特定の遺伝子塩基配列を挿入すると
様々な分子を合成するよう 指示できます
がんの成長を阻害する分子も 合成させられます
また 生物学的回路のおかげで 非常に特異的な行動も
とれるようになります
特定の因子の有無や組合せによって 異なった行動をとるようプログラムします
例えば 腫瘍は 低酸素でpH値が低く
特定の分子を過剰に産生します
合成生物学者は 細菌をプログラムし これらの状態を感知させることが可能です
そうすることで 健康な組織を避けながらも 腫瘍に応答できるようになります
生物学的回路の１つである
「同期溶解回路」 いわゆる「SLC」では
細菌による薬物輸送が 可能となるだけでなく
スケジュールに沿った輸送も可能となります
まず 健康な組織を傷つけないために
抗がん物質の産生が 細菌の成長とともに
腫瘍の中だけで起こります
抗がん物質が産生された後
菌体密度が閾値に達すると
自滅スイッチが作動し 細菌が破裂します
これにより 抗がん物質が放出され 細菌の数は減少します
しかし 一定数の細菌は生き残り
コロニーを再構築します
やがてまた細菌が増殖すると 自滅スイッチが作動します
このサイクルが繰り返されます
この回路は 微調整が可能で
がんとの闘いに最も適した 周期的なスケジュールで薬物を輸送できます
このアプローチは マウスを用いた実験で 有望であると科学的に証明されています
科学者たちは 細菌を直接腫瘍内に注射することで
リンパ腫の除去に成功しただけでなく
免疫系を刺激し
マウスの全身に転移した 未治療のリンパ腫を検知し攻撃するよう
免疫細胞に能力を与えました
他の多くの治療法とは異なり
細菌は 特定のがんを 標的にするというよりは
むしろ 全ての固形腫瘍に共通する 一般的な特徴を標的とします
さらに プログラム可能な細菌は 単にがんと闘うだけではありません
それどころか 洗練されたセンサーとして
将来起こりうる病気を監視できるのです
安全な腸内細菌は恐らく 私たちの腸内で休眠しています
そして 症状が起きる前に
病気を検知、予防、治療します
技術が進歩し 機械的なナノボットによる
個別化医療の未来に 希望がもたらされていますが
数十億年にわたる進化のおかげで
私たちはすでに
細菌という意外な生物学的形態を スタート地点として持っているかもしれません
これに合成生物学が加わることで
これから何が可能になるかが 大いに期待されるところです
1884년, 한 환자의 운은 점점 더 나빠지는 것 같습니다.
이 환자의 목에는 암이 급격하게 퍼졌고,
그러고 나서 관계가 없어보이는 세균성 피부 감염으로 쓰러지게 됩니다.
하지만 곧, 뜻밖의 일이 일어났습니다.
그가 감염에서 회복되면서, 암도 줄어들기 시작했는데요.
의사 윌리엄 콜리가 7년 후에 이 환자를 추적 조사했을 때,
암에 대한 어떤 가시적인 징후도 남아 있지 않았죠.
콜리는 어떤 놀라운 일이 일어나고 있다고 믿었습니다:
박테리아 감염이 환자의 면역 체계를 자극하여
암을 퇴치시켰다고 말이죠.
콜리의 다행스런 발견 덕분에 박테리아를 의도적으로
주입해 볼 수 있게 됐고, 암을 성공적으로 치료하게 됐습니다.
한 세기가 넘어가면서 합성 생물학자들은 종양에 약물을 안전하게 직접 전달하도록
박테리아를 프로그램함으로써,
한 때는 적과도 같았던 이 동맹을 사용할 더 나은 방법을 찾아냈습니다.
암은 세포의 정상적인 기능이 변형되어 세포를 빠르게 증식 시키면서
종양이라고 불리는 성장을 형성할 때 발생합니다.
방사선, 화학요법, 면역요법과 같은 치료법은
악성 세포를 죽이려고 시도하지만 그 과정에서 몸 전체에 영향을 미쳐
건강한 조직을 교란시킬 수 있습니다.
하지만, 대장균과 같은 일부 박테리아는
종양 안에서 선택적으로 성장할 수 있는 독특한 장점을 지니고 있습니다.
실제로 종양의 핵은 면역 세포에 숨어서 안전하게 증식할 수 있는
이상적인 환경을 형성합니다.
박테리아는 감염을 일으키는 대신,
내부에서 종양을 목표로 하는 트로이 목마 역할을 하면서
암과 싸우는 약물을 운반하도록 다시 프로그래밍 되어질 수 있습니다.
박테리아를 새로운 방식으로 감지하고 반응하도록
프로그래밍하는 이 아이디어는 합성생물학 분야의 주요한 관심사입니다.
하지만 어떻게 박테리아가 프로그래밍 될까요?
핵심은 박테리아의 DNA를 조작하는 것에 있습니다.
박테리아에 특정 유전자 서열을 주입함으로써,
박테리아가 암의 성장을 방해하는 분자들을 포함한
다른 분자들을 합성하도록 지시받을 수 있습니다.
또한 생물학적 회로의 도움으로 매우 구체적인 방식으로
작동할 수 있도록 만들 수도 있습니다.
생물학적 회로는 존재, 부재 또는 특정 요인의 조합에 따라
다양한 동작을 프로그램합니다.
예를 들어, 종양은 낮은 수치의 산소와 pH를 지니며
특정 분자를 과잉 생산합니다.
합성 생물학자들은 박테리아를 프로그램하여
그러한 상태를 감지할 수 있습니다.
그렇게 함으로써, 건강한 조직을 피하고 종양에 반응합니다.
동기화된 용해 회로(SLC)로 알려진 한 유형의 생물학적 회로는
박테리아가 약을 공급할 뿐만 아니라
정해진 일정에 따라 이를 수행할 수 있게 합니다.
첫째, 건강한 조직에 해를 주지 않기 위해
박테리아가 자라면서 항암제의 생산이 시작되는데,
이는 종양 자체 내에서만 일어납니다.
그 다음으로, 항암제를 생산한 후
작동 스위치는 박테리아가 임계 개체수 한계점에 도달하면
박테리아가 파열하도록 합니다.
이는 약을 방출하고 박테리아 개체수는 감소시킵니다.
하지만, 특정 비율의 박테리아는 서식지를 보충하려고 살아남습니다.
결국 박테리아의 숫자는 작동 스위치를 다시 당길만큼 증가하고
이러한 주기는 계속됩니다.
이 회로는 암과 싸우기 가장 좋은 일정에 따라 약물을 전달하도록
미세하게 조정될 수 있습니다.
이러한 접근법은 쥐를 사용한 과학 실험에서 유효함이 입증되었습니다.
과학자들은 박테리아를 주입하여 림프종 종양을 성공적으로
제거할 수 있었을 뿐만 아니라 쥐 속의 어느 곳에서도 치료되지 않은
림프종을 식별하고 공격하도록 면역 세포가 접촉하는
면역 시스템을 자극했습니다.
다른 많은 치료법과 달리 박테리아는 특정 유형의 암이 목표가 아니라
모든 고형 종양이 공유하는 일반적인 특성을 대상으로 합니다.
프로그램이 가능한 박테리아도 단순히 암과 싸우는 것으로 제한되지 않습니다.
대신에 박테리아는 미래의 질병 부위를 모니터링하는
정교한 센서 역할을 할 수 있습니다.
안전한 프로바이오틱 박테리아는 장내에서 휴면 상태를 유지하며
증상이 발생되기 전에 장애를 감지하고, 예방하며,
치료할 수 있습니다.
기술의 발전은 기계식 나노봇으로 구동되는 개인화된 의약품의
미래에 대한 흥분을 불러 일으켰습니다.
그러나 수십억 년의 진화 덕분에
우리는 이미 출발점을
예상치 못한 생물학적 형태의 박테리아에서 찾았는지도 모릅니다.
혼합물에 합성 생물학이 더해지면,
곧 무엇이 가능해 질지 누가 알 수 있을까요.
لە ١٨٨٤، بارودۆخی نەخۆشێک ڕوی لە خراپ بوون بوو.
شێرپەنجەی گەشەکردووی خێرای هەبوو لە ملی دا،
و دواتر توشی هەوکردنی بەکتریایی پێست بوو.
بەڵام دواتر، شتێکی چاوەڕوان نەکراو ڕوویدا:
کە هەوکردنەکەی نەما، هەروەها شێرپەنجەکەشی بەرەو کەمبوونەوە چوو.
پزیشکێک بە ناوی ویڵیام کۆڵێی بۆ ماوەی ٧ ساڵ چاودێری نەخۆشەکەی دەکرد،
هیچ نیشانەیەکی شێرپەنجەکە بوونی نەما.
کۆڵێێ پێیوابوو شتێکی ناسروشتی ڕوودەدات:
کە هەوکردنی بەکتریایی پێستەکە سیستەمی بەرگری نەخۆشەکەی بەهێز و ئامادە کرد
بۆ ئەوەی لە دژی شێرپەنجەکە بجەنگێت.
گرنگی دۆزینەوەکەی کۆڵێی وای لێ کرد ببێتە پێشەنگ
کە بەکتریاکەی بەکارهێنا وەکو چارەسەرێکی سەرکەوتووی شێرپەنجە.
سەدەیەک دواتر، زانایانی زیندەزانی دەستکرد ڕێگەیەکی باشتریان دۆزییەوە
کە چارەسەرەکەیان پێشبینی نەکرابوو —
بە پڕۆگرامکردنی بەکتریاکان بۆ گواستەنەوەی چارەسەر بەشێوەیەکی ڕاستەوخۆ بۆ وەرەمەکە.
کاتێک خانەکان گۆڕانکاریان بەسەردا دێت شێرپەنجە سەرهەڵدەدات،
و دەبێتە هۆکاری گەشەی خێرایان پێیان دەڵێن وەرەم.
چارەسەرەکانی وەکو تیشک، دەرمانی کیمیایی، و کوتان
هەوڵی لە ناوبردنی خانە تووشبووەکان دەدەن، بەڵام کاریگەری خراپیش لەسەر تەواوی
لاشە دروست دەکەن و ڕێگری لە گەشەی تەندروستی شانەکان دەکەن.
هەرچەندە، هەندێک بەکتریای وەکو ئی. کۆلای
سوودێکی ناوەزەیی هەیە کە دەتوانێت بەشێوەیەکی دیاریکراوی گەورەبێت لە وەرەمدا.
لە ڕاستیدا، ناوکی وەرەمێک ژینگەیەکی نموونەیی دروست دەکات
دەتوانێت بەشێوەیەکی سەلامت چەند هێندەبێت، دوور لە خانەکانی بەرگری.
لەجیاتی ئەوەی ئاوا زیانی هەبێت،
بەکتریا دەتوانرێت بەرنامەڕێژ بکرێتەوە بۆ ئەوەی چارەسەری نەخۆشی شێرپەنجە بکات،
وەکو ئەسپی تەڕوادە کە ئامانجەکەی بریتی دەبێت لە وەرەمەکان.
بیرۆکەی بەرنامەڕێژکردنی بەکتریا بۆ تێگەیشتن و وەڵامدانەوەی بە ڕێگە تازەکان
جێگای سەرنجە و بەشێکە پێیدەڵێن زیندەزانی دەستکرد.
بەڵام چۆن بەکتریا بەرنامەڕێژ دەکرێت؟
وەڵامەکە بریتییە لە دەستکاریکردنی DNA.
بە زیادکردنی زنجیرە جیناتێکی هاوبەش بۆ ناو بەکتریا،
دەتوانرێت ئاڕاستە بکرێن بۆ پێکهێنانی گەردی جیاواز.
وەکو ئەو گەردانەی کە گەشەی خانە شێرپەنجەییەکان دەوەستێنن.
دەتوانرێت وا درووست بکرێن کە بەتایبەتی مامەڵە بکەن
ئەمەش بە یارمەتی سووڕی زیندەیی.
شێواز جیاوازی ئەم بەرنامانە دەوستێتە سەر هەبوون، نەبوون،
یان تێکەڵێک لەم فاکتەرانە.
بۆ نموونە، وەرەمەکان ڕێژەیەکی کەمی ئۆکسجین، ترشییەتی و
زۆر بەرهەمهێنانی گەردی تایبەتیان هەیە.
زانایانی زیندەزانی دەتوانن بەکتریا پرۆگرام بکەن بۆ دەست نیشانکردنی ئەو بارودۆخانە،
بە ئەنجامدانی ئەمە، دەتوانن وەڵام بدەنە وەرەمەکان کاتێک پەردەی سەلامەت وازلێدێنن.
یەکێک لە جۆرەکانی سووڕی زیندەیی، ناسراوە بە SLC،
دەتوانێت وا لە بەکتریاکان بکات تەنها. دەرمان نەگوازنەوە، بەڵکو پلانڕێژ بکرێن.
یەکەم، بۆ پاراستنی شانەی تەندروست،
ئەنجامی دەرمانە دژە-شێرپەنجەییەکە دەردەکەوێت بە گەورە بوونی بەکتریاکە.
ئەمەش تەنها لە ناو خودی وەرەمەکەدا دەردەکەوێت.
دواتر، دوای ئەوەی کە دەرمانەکانیان دروست کرد،
دوگمە-دەستپێک دەبێتە هۆکاری ئەوەی بەکتریاکە بیتەقێنێتەوە
کاتێک دەگات بە ئاستێکی گرنگی کۆمەڵەکە.
سەرئەنجام دەرمانەکە بڵاو دەبێتەوە و ژمارەی بەکتریاکانیش کەم دەبنەوە.
سەرەڕای ئەمەش، ڕێژەی کەمی بەکتریاکان بە زیندووی دەمێننەوە
بۆ نوێکردنەوەی خانە بەکتریاییەکان.
وردە وردە ژمارەیان زیاد دەکات تاکو دەگەنە ئاستی پێویست بۆ تەقاندنی بەکتریاکە،
و ئەم سوڕە بەردەوام دەبێت.
ئەم سوڕە دەکرێت باش ئاڕاستە بکرێت بۆ گواستنەوەی دەرمانەکەن لە هەر خولێکی خشتەکە
باشترین شتە بۆ لەناوبردنی شێرپەنجە.
ئەم ڕێگەی چارەسەرە تاقیکرایەوە و سەلمێندرا لەسەر مشکەکان.
زانایان نەیانتوانی وەرەمی لیمفۆما بەسەرکەوتوویی لەناوبەرن
بەکتریایان بەکارهێنا، بەڵام دەرزی لێدانەکە کاریگەری لە سیستەمی بەرگری کرد،
ئامادەکردنی خانە کوتراوەکان بۆ دیاریکردنی و هێرشکردنە سەر خانە توشبووەکان بە لیمفۆما
لەهەر شوێنێکی تری مشکەکەدا،
بە پێچەوانەی چارەسەرەکانی تر، بەکتریا جۆرێکی تایبەت لە شێرپەنجە ناکاتە ئامانج،
بەڵام تایبەتمەندییە گشتییەکانی هەموو جۆرەکانی وەرەم دەکاتە ئامانج.
بەکتریای بەرنامەڕێژکراو تەنها بۆ لە ناوبردنی شێرپێنجە بەکار نایەن.
لە جیاتی ئەوە، دەتوانن وەکو هەستەوەری کاریگەر
کاربکەن بۆ چاودێریکردنی نەخۆشییەکانی داهاتوو.
بەکتریایی سودبەخشی ناو خۆراک دەکرێت چالاک نەبێت لەناو بۆڕی خواردنماندا،
کە ئەرکیان دیاریکردن، ڕێگریکردن، و چارەسەرکردنی شێواوییە
پێش ئەوەی نیشانەکانی نەخۆشی سەرهەڵبدەن.
بەرەوپێشچوونی تەکنەلۆجیا کاریگەری گرنگی دروست کردووە لەسەر داهاتوو
بەجۆرێک چارەسەری پزیشکی لەڕێگەی ڕۆبۆتی میکانیکییەوە دەبێت.
بەڵام سوپاس بۆ بلیۆنان ساڵی پەرەسەندن
کە خاڵی دەستپێکمان هەیە
لە شێوەی بەکتریایی چاوەڕوان نەکراوی زیندەیی.
زیندەزانی دەستکرد زیاد بکە بۆ ڕەچەتەکە،
کێ دەزانێت کە چی بەم نزیکانە ڕوودەدات.
၁၈၈၄ တုန်းက လူနာတစ်ယောက်ရဲ့ အခြေအနေဟာ ဆိုးနေရင်းကနေ ပိုဆိုးလာခဲ့တယ်။
သူ့လည်ပင်းမှာ အမြန်ကြီးထွားလာနေတဲ့ ကင်ဆာကျိတ်တစ်ခု ဖြစ်နေသလို
ဘာမှမဆိုင်တဲ့ အရေပြားပိုးကြောင့် ကူးစက်ရောဂါတစ်ခု တိုးဖြစ်လာခဲ့တယ်။
သို့သော် မကြာမီမှာ မျှော်လင့်မရခဲ့တာ ဖြစ်ပျက်လာခဲ့ပါတယ်။
ကူးစက်ရောဂါ ပျောက်သွားတာနဲ့ ကင်ဆာကျိတ်ဟာလည်း လျော့သွားခဲ့ပါတယ်။
နောက်ခုနှစ်နှစ်အကြာမှာ William Coley ဆိုတဲ့ သမားတော်က ပြန်စစ်တဲ့အခါ
ကင်ဆာလက္ခဏာ လုံးဝမရှိတော့တာကို အံ့သြဖွယ် တွေ့ရှိရပါတယ်။
Coley ဟာ ယခုလို မှန်းဆမိပါတယ်။
ဘက်တီးရီးယားပိုးဟာ ကင်ဆာကိုတိုက်မယ့် လူနာရဲ့ ခုခံအားစနစ်ကို
လှုံဆော်လိုက်တာလို့ ထင်မိပါတယ်။
ဒီအဖြစ်ကနေပြီး Coley က ကံထူးစွာပဲ
ကင်ဆာအတွက် ဘက်တီးရီးယားထိုးကုတဲ့နည်းကို ပထမဆုံး ရှာဖွေတွေ့ရှိခဲ့ပါတယ်။
ဆယ်စုနှစ်တစ်ခုကြာမှာ ဖန်တီးဇီဝပညာရှင်တွေဟာ ပိုကောင်းတဲ့နည်းကို ရှာတွေ့ခဲ့ပါတယ်။
ဒီဘက်တီးရီးယားပိုးတွေကတဆင့် ဆေးကို
ကင်ဆာကျိတ်ရှိရာဆီ တိုက်ရိုက်သယ်ဆောင်စေတာပါ။
ကင်ဆာဆိုတာဟာ သာမန်ဆဲလ်တွေရဲ့ ပုံမှန်တာဝန်ကနေ ဆင့်ကဲပြောင်းလဲပြီး
လျှင်မြန်စွာ ပွားများလာရာကနေ အကျိတ်ဖြစ်လာတာမျိုးပါ။
ဓာတ်ရောင်ခြည်ကုသမှု၊ ဆေးသွင်းကုသမှု၊ ခုခံအားကုသမှုတွေက တဆင့်
ကင်ဆာဆဲလ်တွေကို သတ်ဖို့ကြိုးစားရာမှာ တကိုယ်လုံးကိုပါ ထိခိုက်စေပါတယ်။
ပုံမှန်ကျန်းမာနေတဲ့ ဆဲလ်တွေပါ ထိခိုက်လာပါတယ်။
သို့သော် E.Coli လို ဘက်တီးရီးယားဟာ
အကျိတ်ထဲမှာ သွားရောက်ကြီးထွားနိုင်တဲ့ စွမ်းရည် ရှိနေပါတယ်။
အကျိတ်ဟာ ဘက်တီးရီးယားအကြိုက် နေရာဒေသတစ်ခုဖြစ်ပြီး
လူ့ကိုယ်ခံအားဆဲလ်တွေဆီက ပုန်းကွယ်ရာ၊ စိတ်ကြိုက်ပွားများနိုင်တဲ့နေရာ ဖြစ်ပါတယ်။
ဘက်တီးရီးယားတွေကို
ရောဂါတွေဖြစ်ပွားစေမယ့်အစား ကင်ဆာဆေးတွေကို သယ်ဆောင်ခိုင်းနိုင်ပါတယ်။
ကင်ဆာကိုအတွင်းကနေပြန်တိုက်နိုင်မယ့် သဘောပါပဲ။
ဒီလိုဘက်တီးရီးယားတွေကို မိမိလိုရာခိုင်းစေနိုင်ဖို့ဟာ
ဖန်တီးဇီဝဗေဒပညာရပ်ရဲ့ အဓိကရည်မှန်းချက်ဖြစ်ပါတယ်။
သို့သော် ဘက်တီးရီးယားတွေကို ဘယ်လိုခိုင်းမှာလဲ?
အဓိကသော့ချက်က သူတို့တွေရဲ့ DNA ကို လိုအပ်သလိုပြင်ဖို့ပါ။
ဘက်တီးရီးယားတွင်းကို ပြင်ဆင်ထားတဲ့ မျိုးရိုးဇီဝကို ထည့်လိုက်ရင်
သူတို့ဟာ ကင်ဆာဆဲလ်ပွားတာကို တားဆီးနိုင်မယ့် မော်လီကျူးတွေနဲ့
သွားရောက်ဓာတ်ပြုနိုင်ပါတယ်။
ဒီလိုနည်းတွေသာမက သူတို့ဟာ
ဇီဝပတ်လမ်းတွေ အဖြစ်လည်း အသုံးဝင်နေပါတယ်။
သူတို့တွေ ရှိခြင်း၊ မရှိခြင်းနဲ့ ဓာတ်ပေါင်းခြင်းတွေက
ဒီလို ခြားနားဖြစ်စဉ်တွေအတွက် အရေးပါပါတယ်။
ဥပမာ - အကျိတ်ဟာ အောက်ဆီဂျင်နဲ့ pH နိမ့်နေပြီး
မော်လီကျူးတွေအများအပြား ထုတ်နေတယ် ဆိုပါစို့။
ဖန်တီးဇီဝပညာရှင်က ဘက်တီးရီးယားမှာ ဒါတွေကိုထောက်လှမ်းနိုင်တဲ့စနစ်တွေ
တပ်ပေးခြင်းဖြင့် သာမန်ဆဲလ်တွေကိုရှောင်ပြီး ကင်ဆာဆဲလ်တွေဆီ ရောက်အောင်သွားပါလိမ့်မယ်
synchronized lysis circuit (SLC) ဆိုတဲ့ ဇီဝလမ်းကြောင်းတစ်ခုဟာဆိုရင်
ဘက်တီးရီးယားတွေကို ဆေးသယ်ခိုင်းယုံမက ဆေးပေးချိန်ကိုပါ ညှိလို့ရပါတယ်။
ပထမဆုံး သူက ပုံမှန်ဆဲလ်တွေကို ရှောင်မယ်။
ဘက်တီးရီးယားတွေ ပွားလာတာနဲ့အမျှ ကင်ဆာဆေးတွေကို ထုတ်မယ်။
ကင်ဆာကျိတ်အတွင်းမှာပေါ့။
ဆေးတွေထုတ်ပြီးချိန်
သတ်မှတ်ထားတဲ့ ဘက်တီးရီးယားအရေအတွက်ကို ရောက်လာတာနဲ့
ဘက်တီးရီးယားတွေဟာ ပေါက်ကွဲသေဆုံးသွားလိမ့်မယ်။
ဒီဖြစ်စဉ်ကြောင့် ဆေးရရှိယုံမက ဘက်တီးရီးယားအရေအတွက်လည်း နည်းသွားလိမ့်မယ်။
သို့သော် ဘက်တီးရီးယားပမာဏအနည်းငယ်ကတော့ နောက်တစ်ကြိမ်ပြန်စဖို့
မသေပဲ ကျန်ရှိနေလိမ့်မယ်။
ထပ်ပွားနေပြီး သတ်မှတ်ထားတဲ့အရေအတွက်မှာ ထပ်ပြီး သေကြလိမ့်မယ်။
ဒီလိုနဲ့ သံသရာလည်နေလိမ့်မယ်။
ဒီသံသရာကို ကင်ဆာကိုတိုက်မယ့် အကောင်းဆုံးအနေအထားထိရောက်အောင်
အသေးစိတ် ချိန်ညှိပေးနိုင်တယ်။
ဒီစမ်းသပ်မှုဟာ ကြွက်တွေမှာ အောင်မြင်ကြောင်း သက်သေပြနိုင်ခဲ့ပါတယ်။
Lymphoma အကျိတ်တွေကို အောင်မြင်စွာရှင်းလင်းနိုင်ခဲ့ယုံမက
ထိုးသွင်းလိုက်တဲ့ ဘက်တီးရီးယားတွေဟာ ကိုယ်ခံစွမ်းအားကိုပါ မြှင့်တင်ပေးသလို
ခုခံအားဆဲလ်တွေကိုပါ Lymphoma ကိုတိုက်ဖို့ အဆင်သင့်ဖြစ်စေပါတယ်။
ကြွက်တွေဆီမှာပေါ့။
တခြားကုထုံးတွေနဲ့ မတူတာကတော့ သူတို့ဟာ ကင်ဆာကျိတ်တစ်ခုတည်းကို ဦးတည်တာမဟုတ်ပဲ
တခြားလက္ခဏာတူ အကျိတ်တွေကို လိုက်ရှာနိုင်တာ ဖြစ်ပါတယ်။
ဒါ့ကြောင့် ဘက်တီးရီးယားတွေဟာ လက်ရှိကင်ဆာကို ရှင်းထုတ်ယုံတင်မက
နောက်အနာဂတ်မှာ ကင်ဆာဖြစ်လာနိုင်တဲ့ နေရာတွေအားလုံးကို
ရှာဖွေညွှန်ပြပေးနိုင်ပါတယ်။
ဒီကျန်းမာရေးအထောက်အကူပြု ဘက်တီးရီးယားတွေဟာ ကျွန်တော်တို့အူအတွင်းမှာနေပြီး
ရောဂါတွေကို လက္ခဏာမပြခင်မှာပဲ ထောက်လှမ်း၊ ကာကွယ်ပြီး
ကုသပေးနိုင်လိမ့်မယ်။
နည်းပညာတိုးတက်မှုတွေကြောင့် ဆေးပေးကုသပေးမယ့် နာနိုစက်ရုပ်လေးတွေနဲ့
စိတ်လှုပ်ရှားဖွယ် အနာဂတ်တွေ ရှိနေပါပြီ။
ဒါပေမယ့် တကယ်တမ်းတော့ ဒီလိုဖြစ်လာတာဟာ
လွန်ခဲ့တဲ့နှစ်သန်းထောင်ချီကတည်းက
ဘက်တီးရီးယားတွေရဲ့ ဇီဝပုံစံတွေ ပြောင်းလဲလာခဲ့တာကြောင့်လဲ ပါပါတယ်။
ဒီအခြေအနေကိုဖန်တီးဇီဝဗေဒနဲ့ ပေါင်းစပ်လိုက်တဲ့အခါ
မကြာမီမှာ ဘာတွေဖြစ်လာမလဲဆိုတာ ဘယ်သူပြောမရနိုင်ပါ။
Em 1884, o destino de um doente parecia ir de mal a pior.
Esse doente tinha um cancro de rápida evolução no pescoço
e apanhou uma infeção bacteriana da pele sem relação com o cancro.
Em breve, aconteceu uma coisa inesperada:
À medida que recuperava dessa infeção, o cancro também começou a regredir.
Quando um médico, William Coley, observou o doente sete anos depois,
não havia vestígios visíveis do cancro.
Coley percebeu que tinha acontecido uma coisa espantosa.
A infeção bacteriana tinha estimulado o sistema imunitário do doente
que combatera o cancro.
A feliz descoberta de Coley levou-o a inventar
a injeção intencional de bactérias para tratar o cancro com êxito.
Mais de cem anos depois, os biólogos sintéticos
descobriram uma forma melhor de usar esses aliados improváveis
programando bactérias para administrar diretamente as drogas em tumores.
O cancro ocorre quando se alteram as funções normais das células,
levando-as a multiplicarem-se rapidamente
e a formarem massas chamadas tumores.
Os tratamentos como as radiações, a quimioterapia e a imunoterapia
tentam matar as células malignas, mas podem afetar todo o corpo
e prejudicar os tecidos sãos.
Mas algumas bactérias, como a E.coli
têm a vantagem única de conseguirem crescer seletivamente dentro dos tumores.
Com efeito, o núcleo de um tumor forma um ambiente ideal
onde se podem multiplicar, ocultas das células imunitárias.
Em vez de causarem uma infeção,
as bactérias podem ser reprogramadas
para transportar drogas de combate ao cancro,
que agem como Cavalos de Troia que visam o tumor, por dentro.
Esta ideia de programar as bactérias para reagirem de formas novas
é o principal foco de um campo chamado Biologia Sintética.
Como é que as bactérias podem ser programadas?
O segredo está na manipulação do ADN.
Inserindo determinadas sequências genéticas nas bactérias,
elas podem ser instruídas para sintetizar diversas moléculas,
incluindo as que interrompem o crescimento do cancro.
Também podem ser instruídas para se comportarem de formas específicas
com a ajuda de circuitos biológicos.
Estes programam diferentes comportamentos
consoante a presença, a ausência ou a combinação de determinados fatores.
Por exemplo, os tumores têm níveis baixos de oxigénio e de pH
e produzem em demasia moléculas especificas.
Os biólogos sintéticos podem programar as bactérias para detetarem essa situação
e, quando o fazem, reagem aos tumores evitando tecidos sãos.
Um tipo de circuito biológico, conhecido por circuito de lise sincronizado, ou CLS,
permite que as bactérias administrem os medicamentos, segundo um horário.
Primeiro, para evitar prejudicar tecidos sãos,
a produção de drogas anti cancro começa quando as bactérias crescem
o que só acontece dentro do tumor.
A seguir, depois de terem produzido as drogas,
um interruptor provoca o rebentamento das bactérias
quando elas atingem um limiar crítico de população.
Isto liberta o medicamento e reduz a população das bactérias.
Porém, uma certa percentagem de bactérias mantém-se viva
para repovoar a colónia.
Por fim, o número cresce até acionar de novo o interruptor
e o ciclo continua.
Este circuito pode ser afinado para administrar drogas
segundo o calendário periódico que melhor combata o cancro.
Esta abordagem mostrou-se promissora nos testes científicos com ratos.
Não só os cientistas conseguiram eliminar linfomas injetados com bactérias,
mas a injeção também estimulou o sistema imunitário,
preparando as células imunitárias a identificar e atacar
os linfomas não tratados, nos ratos.
Ao contrário de outras terapias,
as bactérias não visam um tipo específico de cancro
mas as características gerais partilhadas pelos tumores sólidos.
As bactérias programáveis não se limitam a combater o cancro.
Também servem como sofisticados sensores
que vigiam zonas potenciais de doenças.
As bactérias seguras probióticas
poderão manter-se adormecidas nos intestinos
onde detetam, impedem e tratam perturbações
antes de elas terem hipótese de provocar sintomas.
Os progressos na tecnologia têm criado entusiasmo
quanto a um futuro de medicamentos personalizados
orientados por nanorobôs mecânicos.
Mas, graças a milhares de milhões de anos de evolução,
podemos ter agora um ponto de partida
sob a forma biológica inesperada de bactérias.
Juntem a biologia sintética à mistura
e quem sabe o que poderá ser possível, dentro em breve.
Em 1884, a sorte de um paciente parecia ir de mal a pior.
Esse paciente teve um câncer em rápido crescimento no pescoço
e depois adoeceu com uma infecção bacteriana de pele sem relação.
Mas logo, algo inesperado aconteceu:
quando ele se recuperou da infecção, o câncer também começou a regredir.
Quando um médico chamado William Coley localizou o paciente sete anos depois,
não havia mais sinais visíveis do câncer.
Coley acreditava que estava acontecendo algo extraordinário:
a infecção bacteriana havia estimulado o sistema imunológico do paciente
a combater o câncer.
A feliz descoberta de Coley o levou ao pioneirismo
na injeção intencional de bactérias para tratar com êxito o câncer.
Mais de um século depois,
biólogos sintéticos encontraram uma maneira ainda melhor
de usar esses aliados, antes improváveis,
programando-os para fornecer medicamentos com segurança diretamente aos tumores.
O câncer ocorre quando as funções normais das células são alteradas,
fazendo-as se multiplicarem rapidamente e formarem abcessos chamados tumores.
Tratamentos como radiação, quimioterapia e imunoterapia
tentam matar células malignas,
mas podem afetar todo o corpo e alterar tecidos saudáveis no processo.
No entanto, algumas bactérias, como a E. coli,
têm a vantagem única de conseguir crescer seletivamente dentro de tumores.
Na realidade, o núcleo de um tumor forma um ambiente ideal
no qual conseguem se multiplicar com segurança,
escondidas das células imunológicas.
Em vez de causar infecção,
as bactérias podem ser reprogramadas
para transportar medicamentos contra o câncer,
agindo como cavalos de Tróia que atacam o tumor por dentro.
Essa ideia de programar bactérias
para detectar e reagir de maneiras inovadoras
é o foco principal de um campo chamado Biologia Sintética.
Mas como as bactérias podem ser programadas?
A chave está na manipulação de seu DNA.
Ao inserir sequências genéticas específicas nas bactérias,
elas podem ser instruídas a sintetizar moléculas diferentes,
inclusive aquelas que interrompem o crescimento do câncer.
Elas também podem ser criadas para se comportar de modo muito específico
com a ajuda de circuitos biológicos,
que programam comportamentos diferentes,
dependendo da presença, ausência ou combinação de certos fatores.
Por exemplo, tumores apresentam baixos níveis de oxigênio e pH
e produzem em excesso moléculas específicas.
Biólogos sintéticos conseguem programar bactérias para detectar essas condições
e, ao fazer isso, reagir a tumores sem afetar tecidos saudáveis.
Um tipo de circuito biológico,
conhecido como circuito de lise sincronizado, ou SLC,
permite que as bactérias não apenas forneçam medicamentos,
mas que façam isso em um horário definido.
Primeiro, para evitar danos a tecidos saudáveis,
a produção de medicamentos anticâncer começa à medida que as bactérias crescem,
o que ocorre apenas dentro do próprio tumor.
Em seguida, após a produção dos medicamentos,
um interruptor faz com que as bactérias explodam
ao atingir um limite crítico da população.
Isso libera o medicamento e diminui a população de bactérias.
No entanto, uma certa porcentagem das bactérias permanece viva
para repovoar a colônia.
Por fim, sua quantidade aumenta o bastante para acionar o interruptor novamente,
e o ciclo continua.
Esse circuito pode ser ajustado para fornecer medicamentos
em qualquer horário periódico que seja melhor para combater o câncer.
Essa abordagem se mostrou promissora em ensaios científicos com camundongos.
Os cientistas não apenas conseguiram eliminar com sucesso
os tumores de linfoma injetados com bactérias,
como também a injeção estimulou o sistema imunológico,
preparando as células imunológicas
para identificar e atacar linfomas não tratados
em outras partes do camundongo.
Ao contrário de muitas outras terapias,
as bactérias não têm como alvo um tipo específico de câncer,
mas, sim, as características gerais
compartilhadas por todos os tumores sólidos.
As bactérias programáveis também não estão limitadas ao simples combate ao câncer.
Em vez disso, elas podem servir como sensores sofisticados
que monitoram locais de futuras doenças.
As bactérias probióticas seguras
podem talvez estar dormentes dentro de nossas entranhas,
onde detectam, previnem e tratam doenças
antes que tenham a chance de causar sintomas.
Os avanços da tecnologia criaram entusiasmo em torno de um futuro
da medicina personalizada impulsionada por nanorrobôs mecânicos.
Mas, graças a bilhões de anos de evolução,
já podemos ter um ponto de partida
na inesperada forma biológica de bactérias.
Adicione biologia sintética à mistura,
e quem sabe o que será possível em breve.
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?
В 1884 году состояние одного больного продолжало ухудшаться.
У него стремительно разрасталась опухоль шеи,
и в добавок ко всему ещё появилась бактериальная инфекция кожи.
Но вскоре случилось нечто непредвиденное:
инфекция начала отступать, а вместе с ней уменьшилась и раковая опухоль.
И когда через семь лет врач Вильям Коли осмотрел этого пациента,
он не обнаружил видимых следов опухоли.
Коли заподозрил, что произошло нечто совершенно удивительное:
бактериальная инфекция активировала иммунную систему больного,
и организм оказался в состоянии побороть рак.
Cделав это невероятное открытие,
Коли начал специально вводить в организм онкобольных бактерии для борьбы с раком.
Прошло более ста лет, и специалисты в области синтетической биологии
придумали новый, более эффективный способ
задействовать этих неожиданных помощников,
запрограммировав их доставлять медикаменты прямо в опухоль.
Рак образуется, когда нарушается механизм деления клеток,
в результате чего они начинают бесконтрольно размножаться
и появляются опухоли.
Основные методы лечения рака,
такие как лучевая терапия, химиотерапия и иммунотерапия,
направлены на уничтожение злокачественных клеток,
но попутно разрушают и здоровые ткани
и таким образом наносят вред всему организму.
Однако некоторые бактерии, например, кишечная палочка, или E. coli,
обладают уникальной способностью выборочно размножаться внутри опухолей.
И действительно, ядро опухоли представляет для них идеальную среду,
в которой бактерии могут расти, не опасаясь атаки иммунной системы.
Поэтому, вместо того, чтобы инфицировать весь организм,
бактерии могут быть запрограммированы для доставки противоопухолевых препаратов,
то есть, подобно троянскому коню, уничтожат опухоль изнутри.
Данная идея запрограммировать бактерии для распознавания болезней и борьбы с ними
легла в основу научного направления, которое называется синтетическая биология.
Каким же образом можно запрограммировать бактерии?
Делается это путём манипуляций с ДНК.
Вводя в бактерии определённую последовательность нуклеотидов,
биологи стимулируют синтез различных молекул,
в том числе молекул, блокирующих рост раковых клеток.
Бактерии также могут быть запрограммированы
на определённый алгоритм действий —
делается это с использованием биологических схем.
При этом поведение бактерий регулируется
наличием, отсутствием или сочетанием конкретных факторов.
Например, злокачественные опухоли отличаются низким уровнем кислорода и pH
и вырабатывают большое количество специфических молекул.
Специалисты в области синтетической биологии
могут запрограммировать бактерии на узнавание этих факторов
и конкретную программу действий
по отношению к опухоли, не затрагивая при этом здоровых тканей.
Один из видов биологических схем
называется синхронизированная схема бактериального лизиса, или SLC,
благодаря которой бактерии не прост доставляют медикаменты,
но делают это по определённому графику.
Во-первых, чтобы не нанести вреда здоровым тканям,
выработка противораковых препаратов начинается только по мере роста бактерий,
а это происходит лишь внутри опухоли.
Затем сразу после выработки терапевтических препаратов
бактерии получают команду к самоуничтожению —
происходит это при достижении бактериями критической массы.
При этом высвобождаются противораковые препараты, а колонии бактерий сокращаются.
Однако определённый процент живых бактерий всё же остаётся —
благодаря им разрастается новая колония.
В конце концов и эта колония достигает критической массы
и точно так же самоуничтожается.
Этот цикл повторяется снова и снова.
Данную схему можно настроить на доставку медикаментов
в соответствии с графиком,
который наиболее подходит для конкретного вида рака.
Этот метод уже оказался успешным
при проведении клинических испытаний на мышах.
Учёные не только смогли устранить лимфатические опухоли,
введённые вместе с бактериями, —
благодаря инъекции бактерий, иммунные клетки
научились распознавать и атаковать злокачественные клетки,
оставшиеся в организме мышей.
В отличие от других видов противоопухолевой терапии,
действие бактерий направлено не на конкретные виды рака,
а на солидные образования, объединённые общими характеристиками.
Более того, запрограммированные бактерии не только борются с раком —
они являются некими усовершенствованными датчиками,
способными отслеживать образование в организме новых патологий.
Безопасные пробиотики могли бы оставаться в кишечнике в латентном состоянии,
откуда они активировались бы
для обнаружения, предупреждения и лечения болезней
до того, как появятся какие-либо симптомы.
Благодаря прогрессу в развитии современных технологий
открылись потрясающие возможности в сфере персонализированной медицины,
важную роль в которой будут играть механические нанороботы.
Но благодаря миллиардам лет эволюции
человечество, возможно, уже начало постигать
неизведанный биологический потенциал бактерий.
А если применить к ним достижения синтетической биологии,
кто знает, на что мы окажемся способны в ближайшей перспективе.
Godine 1884. sreća jednog pacijenta je čini se od loše postala još gora.
Ovaj pacijent je imao galopirajući rak u vratu,
a onda je dobio i nepovezanu kožnu bakterijisku infekciju.
Malo nakon toga, desilo se nešto neočekivano:
kako se oporavljao od infekcije, rak je krenuo da se smanjuje.
Kada je lekar Vilijam Koli našao pacijenta sedam godina kasnije,
nije bilo vidljivih tragova raka.
Koli je verovao da se nešto izvanredno dešavalo,
a to je da je bakterijska infekcija stimulisala imuni sistem pacijenta
da se bori protiv raka.
Kolijev srećan pronalazak doveo ga je do toga da razvije
injekciju punu bakterija za uspešno lečenje raka.
Više od veka kasnije, sintetički biolozi su pronašli još bolji način
da koriste ove nekadašnje neprijatelje,
programirajući ih da na siguran način direktno dostave lekove tumorima.
Rak nastaje kada se promene normalne ćelijske funkcije,
što prouzrokuje da se brzo umnožavaju i stvaraju izrasline zvane tumori.
Lečenja kao što su radijacija, hemoterapija i imunoterapija
pokušavaju da ubiju maligne ćelije, ali mogu da utiču na celo telo
i time poremete zdrava tkiva.
Međutim, neke bakterije kao što je ešerihija koli
imaju jedinstvenu prednost da selektivno rastu unutar tumora.
U stvari, srži tumora stvaraju idealno okruženje
gde mogu da se neometano množe, sakriveni od imunih ćelija.
Umesto da prouzrokuju infekciju,
bakterije mogu da budu programirane da prenose lekove za borbu protiv raka,
ponašajući se kao trojanski konj koji traži tumor iznutra.
Ova ideja o programiranju bakterija da opažaju i reaguju na nove načine
je glavni fokus oblasti zvane sintetička biologija.
A kako mogu da se programiraju bakterije?
Ključ je u manipulisanju njihovom DNK.
Ubacivanjem određenih genetičkih sekvenci u bakterije,
one mogu dobiti uputstva da spajaju različite molekule,
uključujući one koji ometaju razvoj raka.
Mogu da budu napravljeni tako da se ponašaju na veoma specifičan način
uz pomoć bioloških kola.
Oni programiraju različita ponašanja u zavisnosti od prisustva, odsustva
ili kombinacije izvesnih faktora.
Na primer, tumori imaju malo kiseonika i male pH nivoe
i prozvode više posebnih molekula.
Sintetički biolozi mogu da programiraju bakterije da opaze ove uslove,
i odgovore tumorima izbegavajući zdrava tkiva.
Jedan tip biološkog kola poznat kao sinhronizovano kolo lize, ili SKL,
dopušta bakterijama da dostave lekove i da to rade po rasporedu.
Prvo, kako bi izbegli oštećenje zdravih tkiva,
proizvodnja lekova protiv raka počinje kako bakterije krenu da rastu,
a to se dešava samo unutar samog tumora.
Onda, nakon što proizvedu lekove,
dugme za zaustavljanje uzrokuje da bakterije puknu
kad dostignu prag kritične populacije.
Ovako ispuštaju lekove i u isto vreme smanjuju populaciju bakterija.
Međutim, određeni procenat bakterija ostaje živ
kako bi se ispunila kolonija.
Vremenom se njihov broj dovoljno poveća da aktiviraju dugme za zaustavljanje
i onda se ciklus nastavlja.
Ovo kolo se može podesiti da dostavlja lekove po bilo kom periodičnom rasporedu
koji je najbolji za borbu protiv raka.
Ovaj pristup se pokazao dobrim u naučnim ispitivanjima na miševima.
Ne samo da su naučnici bili u mogućnosti da uspešno eliminišu limfome
u koje su bile ubačene bakterije, već je injekcija stimulisala imuni sistem,
što je pripremilo imune ćelije da identifikuju i napadnu limfome
na drugim mestima kod miševa.
Za razliku od drugih terapija, bakterije ne ciljaju na jedan specifičan tip raka,
nego na opšte karakteristike koje dele svi čvrsti tumori.
Niti su programirane bakterije ograničene da se samo bore protiv raka.
Umesto toga, one mogu da služe kao sofisticirani senzori
koji nadgledaju lokacije budućih oboljenja.
Bezopasne probiotske bakterije bi mogle biti uspavane unutar naših stomaka,
gde bi detektovale, sprečile i lečile poremećaje
pre nego što imaju šansu da prouzrokuju simtome.
Napreci u tehnologiji su stvorili uzbuđenje oko budućnosti
personalizovane medicine kojima upravljaju mehanički nanoroboti.
Ali zahvaljujući milijardama godina evolucije
možda već imamo polaznu tačku
u neočekivanoj biološkoj formi bakterija.
Dodajte sintetičku biologiju u sve to,
i ko zna šta će uskoro biti moguće.
ในปี ค.ศ. 1884 ผู้ป่วยรายหนึ่ง เหมือนจะโดนเคราะห์ซ้ำกรรมซัด
เขามีก้อนมะเร็งที่คอ ที่เติบโตอย่างรวดเร็ว
ซึ่งเกิดการติดเชื้อแบคทีเรียบริเวณผิวหนัง
แต่ในเวลาต่อมา สิ่งที่เหนือความคาดหมายก็เกิดขึ้น
เมื่ออาการคิดเชื้อค่อย ๆ บรรเทา มะเร็งก็ค่อย ๆ สลายไปด้วย
เมื่อแพทย์นามว่า วิลเลียม โคลี ติดตามผู้ป่วยรายนี้ตลอดระยะเวลา 7 ปี
เขาไม่พบร่องรอยของมะเร็งเหลืออยู่เลย
โคลีเชื่อว่ามีสิ่งที่น่าเหลือเชื่อเกิดขึ้น
การติดเชื้อแบคทีเรีย ไปกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันของผู้ป่วย
ให้สู้กับแบคทีเรีย
ความโชคดีของโคลีนำไปสู่การค้นพบ
การจงใจฉีดแบคทีเรียเข้าไป เพื่อรักษามะเร็ง
อีกศตวรรษต่อมา นักชีววิทยาสังเคราะห์ ได้พบวิธีการที่ดีกว่า
เพื่อใช้เชื้อที่แต่เดิมไม่เป็นมิตร
โดยนำมันไปดัดแปลงก่อนให้ปลอดภัย เพื่อใช้ในส่งยาตรงเข้าไปยังก้อนเนื้อร้าย
มะเร็งเกิดขึ้นเมื่อเซลล์ทำงานผิดปกติ
ทำให้พวกมันเพิ่มจำนวนอย่างรวดเร็ว เกิดเป็นเนื้อร้าย
การรักษา เข่น การฉายรังสี การทำเคมีบำบัด และการบำบัดด้วยภูมิคุ้มกัน
เป็นการพยายามฆ่าเซลล์ร้าย แต่มันก็ส่งผลไปทั่วทั้งร่างกาย
และยังทำลายเนื้อเยื่อปกติอีกด้วย
อย่างไรก็ตาม แบคทีเรียบางชนิด เช่น E. coli
มีข้อได้เปรียบ เนื่องจาก มันมีความจำเพาะในการเติบโตในเนื้อร้าย
อันที่จริง แกนกลางของเนื้อร้าย เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของมันมากที่สุด
เพราะมันสามารถเพิ่มจำนวนได้อย่างปลอดภัย โดยไม่ถูกภูมิคุ้มกันโจมตี
แทนที่จะทำให้เกิดการติดเชื้อ
แบคทีเรียถูกดัดแปลง ให้นำยาต่อต้านมะเร็งเข้าไป
มันทำหน้าที่เป็นดั่งม้าโทรจัน ที่โจมตีเนื้อร้ายจากภายใน
แนวคิดในการดัดแปลงแบคทีเรีย ให้รับรู้และตอบสนองในรูปแบบใหม่ ๆ
เป็นหัวใจสำคัญในสาขาวิชาที่เรียกว่า ชีววิทยาการสังเคราะห์
แต่ว่าแบคทีเรียถูกดัดแปลงได้อย่างไร
กุญแจสำคัญอยู่ที่การปรับเปลี่ยนดีเอ็นเอ
โดยการแทรกลำดับยีนจำเพาะ เข้าไปในแบคทีเรีย
พวกมันจะถูกสั่งให้สังเคราะห์ โมเลกุลต่าง ๆ ออกมา
ซึ่งสามารถขัดขวางการเติบโตของมะเร็งได้
พวกมันยังถูกสั่งให้เปลี่ยนพฤติกรรม ไปในทางที่เจาะจงมากขึ้น
โดยใช้การจำกัดขอบเขตทางชีวภาพ
พฤติกรรมที่ถูกปรับเปลี่ยนไปนี้ ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ การขาด
หรือการรวมกันของปัจจัยบางอย่าง
ยกตัวอย่างเช่น เนื้อร้ายมีปริมาณออกซิเจน และมีค่า pH ต่ำ
และมีการผลิตโมเลกุลบางชนิดมากเกินไป
นักชีววิทยาสังเคราะห์สามารถดัดแปลง ให้แบคทีเรียตรวจจับสภาวการณ์เหล่านี้ได้
และทำให้มันตอบสนองต่อเนื้อร้าย โดยไม่ทำลายเนื้อเยื่อปกติ
การจำกัดขอบเขตทางชีวภาพที่เรียกว่า การจำกัดขอบเขตการสลายจำเพาะ หรือ SLC
ทำให้แบคทีเรียไม่เพียงแต่ส่งยาเข้าไป แต่ยังกำหนดเวลาได้ด้วย
ประการแรก เพื่อหลีกเลี่ยงการทำลาย เนื้อเยื่อปกติ
การผลิตยาต้านมะเร็ง เริ่มขึ้นเมื่อแบคทีเรียเติบโต
ซึ่งเกิดขึ้นในก้อนเนื้อร้ายเท่านั้น
จากนั้น หลังจากที่พวกมันผลิตยา
จะเกิดการกระตุ้นให้แบคทีเรียระเบิด
เมื่อจำนวนประชากรของมัน มีปริมาณมากถึงระดับวิกฤติ
ปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดการปล่อยยา และลดประชากรแบคทีเรียลง
อย่างไรก็ตาม ยังมีแบคทีเรียบางส่วน ที่ยังคงมีชีวิตอยู่
เพื่อที่จะเติมเต็มอาณานิคมต่อไป
ในที่สุด จำนวนของมันก็จะเพิ่มขึ้นมากพอ จนทำให้เกิดการระเบิดอีกครั้ง
และเกิดขึ้นเป็นวงจรซ้ำ ๆ
การจำกัดขอบเขตนี้สามารถปรับระดับ ในการส่งยาให้เกิดขึ้นในช่วงเวลาที่ต้องการ
เป็นการฆ่ามะเร็งที่ดีที่สุด
วิธีการนี้ยังพิสูจน์ให้เห็น ถึงประสิทธิภาพในหนูทดลอง
ไม่เพียงแต่นักวิทยาศษสตร์จะสามารถ กำจัดมะเร็งต่อมน้ำเหลืองได้
โดยการฉีดแบคทีเรียเข้าไปเท่านั้น แต่นั่นยังกระตุ้นภูมิคุ้มกันได้อีกด้วย
ซึ่งเป็นการเตรียมเซลล์ภูมิคุ้มกันให้พร้อม ต่อการระบุและโจมตีมะเร็งต่อมน้ำเหลือง
ที่เหลืออยู่ในจุดอื่น ๆ ได้
ต่างจากวิธีการอื่น ๆ ตรงที่แบคทีเรีย จะไม่จำเพาะแต่มะเร็งชนิดใดชนิดหนึ่ง
แต่จะโจมตีเป้าหมาย ที่คุณลักษณะของเนื้อร้ายทั่ว ๆ ไป
และแบคทีเรียที่ถูกดัดแปลงดังกล่าว ก็ไม่ได้ทำแค่ใช้สู้กับมะเร็งได้เท่านั้น
แต่พวกมันยังสามารถใช้ เป็นตัวตรวจจับที่ซับซ้อนได้
ในการติดตามหาบริเวณที่โรคอาจเกิดขึ้น
โปรไบโอติกแบคทีเรียที่ปลอดภัย อาจอยู่ในสภาพพักตัวในทางเดินอาหารของเรา
ที่ซึ่งพวกมันจะช่วยตรวจจับ ป้องกัน และรักษาความผิดปกติ
ก่อนที่มันจะก่อให้เกิดโรคได้
ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ก่อให้เกิดอนาคตอันน่าตื่นตา
ในวงการการรักษาเฉพาะบุคคล โดยมีการใช้หุ่นยนต์ระดับนาโน
แต่ต้องขอบคุณวิวัฒนาการกว่าพันล้านปี
ที่ให้จุดเริ่มต้นนั้นกับเราตั้งนานแล้ว
ในรูปแบบทางชีวภาพอันน่าเหลือเชื่อ ของแบคทีเรีย
การผสมผสานชีววิทยาสังเคราะห์เข้าไป
รูปแบบของวิทยาการในอนาคตนั้น ก็เหนือกว่าที่เราจะคาดเดาได้
1884'te, bir hastanın şansı kötüden betere doğru ilerlemiş gibiydi.
Bu hastanın boynunda hızla büyüyen bir kanser vardı,
sonra da alakasız bir bakteriyel deri enfeksiyonu nedeniyle yatağa düştü.
Fakat yakın zaman sonra beklenmedik bir şey oldu:
Enfeksiyonu atlatır atlatmaz kanser de gerilemeye başladı.
7 yıl sonra William Coley adındaki bir hekim bu hastanın izini sürdü,
kanserin gözle görülür işaretleri kalmamıştı.
Coley dikkate değer bir şeylerin olduğuna inandı:
Bakteriyel enfeksiyon kanserle savaşmak için
hastanın bağışıklık sistemini tetiklemişti.
Coley'nin şanslı keşfi, kanseri başarıyla tedavi etmek için
tasarlanmış bakteri enjeksiyonuna öncülük etmesini sağladı.
Yüz yıldan uzun süre sonra sentetik biyologlar bunları bir kez olasılık dışı
amaçla kullanmak niyetiyle güvenli şekilde programlayarak
ilaçları tümörlere taşımak için daha da iyi bir yol buldular.
Hücrelerin normal işleyişinin değişmesi tümör hücrelerinin hızla yayılmasına
ve şekillerinin büyümesine neden olarak kanseri meydana getirir.
Işın tedavisi, kemoterapi ve immunoterapi gibi tedaviler
kötü huylu hücreleri öldürmeyi hedef alır ama bütün vücudu etkiler
ve bu süreçte sağlıklı dokuları bozar.
Yine de E.coli gibi bazı bakterilerin
özellikle tümörlerin içinde büyüyebilmek gibi özel bir avantajları vardır.
Oysa tümör çekirdeği, bağışıklık hücrelerinden saklanarak
güvenle yayılabileceği ideal bir ortam oluşturur.
Enfeksiyona yol açmak yerine
tümörü içeriden hedefleyen Truva atı gibi hareket ederek
kanserle savaşan ilaçları taşımak için yeniden programlanabilir.
Algılama ve tepkiyi yeni yollarla yapmak için bakterileri programlama fikri
Sentetik Biyoloji adı verilen alanının temel odak noktası.
Ama bakteri nasıl programlanabilir?
Anahtar bakterilerin DNA'larını değiştirmede yatıyor.
Özel genetik sıralamaları bakteriye yerleştirerek,
kanserin büyümesini bozan hücreleri de buna dahil ederek
farklı molekülleri sentezlemek için bakteriler görevlendirilir.
Biyolojik devrelerin yardımıyla birçok farklı şekilde
hareket etmek için oluşturulabilirler.
Bunlar, varlığa, yokluğa veya çeşitli faktörlerin kombinasyonuna bağlı olarak
farklı davranışlar programlarlar.
Örneğin; tümörlerin az oksijeni, az pH değeri
ve çok üretilen molekülleri vardır.
Sentetik biyologlar bakteriyi, bu şartları algılaması amacıyla programlayabilirler,
ve böyle yaparken, sağlıklı dokulardan kaçınarak tümörlere yanıt verirler.
Senkronize hücre tahribi devresi veya SLC olarak bilinen bir tür biyolojik devre
bakterinin sadece ilaç taşımasını sağlamaz aynı zamanda bunu bir zamanlamayla yapar.
Öncelikle, kanser ilaçlarının üretimi
sağlıklı doku zararını önlemek için sadece tümörün içinde meydana gelen
bakteri büyümesi olarak başlar.
İlaçlar üretildikten sonra da
kritik bir yoğunluk eşiğine ulaştıklarında
bir acil kapatma anahtarı bakterinin patlamasına neden olur.
Bu hem ilacı salıverir hem de bakterilerin sayısını azaltır.
Yine de bakterinin belli bir yüzdesi
koloniyi yenilemek için canlı kalır.
Neticede, bakterilerin sayısı acil kapatma anahtarını tekrar tetiklemek için
yeterli miktarda artar ve döngü devam eder.
Hangi periyodik program kanserle savaşmak için en uygunsa, devrenin ince ayarı
ona göre ilaçları taşımak için yapılabilir.
Fare kullanılan bilimsel deneylerde, bu yaklaşımın umut verici olduğu kanıtlandı.
Bilim insanları, bakteriyle birlikte enjekte edilen lenfoma tümörlerini
başarıyla elemekle kalmayıp, bağışıklık hücrelerini tanılamak için olgunlaştırıp
faredeki tedavi edilmemiş lenfomalara saldırtarak bağışıklık sisteminin
enjeksiyonla uyarılmasını sağladılar.
Birçok terapinin aksine, bakteri belirli bir kanser türünü hedef almaz
ama bütün katı tümörler tarafından paylaşılan genel özellikleri hedef alır.
Programlanabilir bakteri de sadece kanserle savaşmakla sınırlı değil.
Onun yerine, gelecekteki hastalıkları takip eden
karmaşık sensörler olarak işlev görürler.
Belki de faydalı probiyotik bakteriler bağırsaklarımızda uykuda bekleyecek,
ve zamanı geldiğinde hastalıkları tespit edecek, önleyecek
ve hatta tedavi edecekler.
Teknolojideki gelişmeler mekanik mini robotlarla işleyen
bireyselleştirilmiş tıbbın geleceği ile ilgili heyecan yarattı.
Ama milyarlarca yıllık evrimin sayesinde
biyolojik bakteri türleriyle
hali hazırda bir başlangıç noktamız olabilir.
Sentetik biyolojiyi de karışıma ekleyin,
kim bilir gelecekte neler mümkün olacak?
Năm 1884, có vẻ như nữ thần may mắn đang từ bỏ một bệnh nhân.
Bệnh nhân này có một khối u ở cổ đang tiến triển nhanh chóng,
và tệ hơn, anh còn bị nhiễm trùng da ở những vị trí khác.
Nhưng chẳng bao lâu, một chuyện bất ngờ đã xảy ra:
khi tình trạng nhiễm trùng vừa khỏi, thì căn bệnh ung thư cũng dần suy giảm.
Bảy năm sau, khi bác sĩ William Coley đánh giá lại tình trạng của anh ta
thì không còn bất kỳ dấu hiệu nào của ung thư.
Coley tin rằng một điều đáng kinh ngạc đã xảy ra:
đó là tình trạng nhiễm trùng đã kích thích hệ miễn dịch của bệnh nhân
chống lại ung thư.
Phát hiện may mắn đã khiến Coley trở thành người tiên phong
trong việc điều trị dứt điểm ung thư bằng cách tiêm vi khuẩn có chủ ý.
Hơn một thế kỷ sau, các nhà sinh học tổng hợp đã tìm thấy một cách còn tốt hơn
trong việc sử dụng những đồng minh không ngờ tới này -
đó là lập trình chúng để vận chuyển thuốc một cách an toàn và chính xác đến khối u.
Ung thư xảy ra khi những chức năng bình thường của tế bào bị thay đổi,
khiến chúng nhân lên nhanh chóng và tiến triển thành khối u.
Việc sử dụng các phương pháp trị liệu như xạ trị, hóa trị và liệu pháp miễn dịch
nhằm tiêu diệt các tế bào ác tính, nhưng có thể ảnh hưởng đến toàn bộ cơ thể
và hủy hoại các mô khỏe mạnh trong quá trình điều trị.
Tuy nhiên một số vi khuẩn như E. coli
có một khả năng đặc biệt là phát triển có chọn lọc bên trong khối u.
Trên thực tế, trung tâm của khối u tạo ra một môi trường lý tưởng
để chúng có thế nhân lên an toàn, tránh khỏi các tế bào miễn dịch.
Thay vì gây ra nhiễm khuẩn,
vi khuẩn có thể được tái lập trình để mang theo thuốc trị ung thư
có chức năng như con ngựa thành Troy với mục tiêu là thâm nhập vào trong khối u.
Ý tưởng về việc lập trình vi khuẩn để phát hiện và phản ứng theo những cách mới lạ
là trọng tâm của lĩnh vực Sinh học Tổng hợp.
Nhưng làm cách nào để lập trình vi khuẩn?
Mấu chốt nằm ở việc điều khiển DNA vi khuẩn.
Bằng việc chèn một trình tự gen đặc biệt vào vi khuẩn,
làm chúng có thể tổng hợp nên nhiều loại phân tử,
kể cả những loại có thể phá hủy quá trình tiến triển bệnh ung thư.
Chúng cũng có thể được điều chỉnh để hoạt động theo những cách thức riêng
nhờ vào các mạch sinh học.
Chúng có tác dụng thay đổi cách thức hoạt động tùy vào sự hiện diện, vắng mặt,
hoặc kết hợp của những yếu tố nhất định.
Ví dụ, các khối u có nồng độ ô-xi và pH thấp
và sản xuất quá mức một số phân tử nhất định.
Nhà sinh học tổng hợp có thể lập trình vi khuẩn nhận biết được tình trạng trên,
và như vậy chúng sẽ đáp ứng lại khối u mà không ảnh hưởng đến các mô bình thường.
Một loại mạch sinh học
có khả năng ly giải đồng bộ, gọi tắt là SLC,
cho phép vi khuẩn vận chuyển thuốc
theo một lịch trình đã được thiết lập sẵn.
Đầu tiên, để tránh tổn thương các mô khỏe mạnh,
quá trình sản xuất thuốc kháng ung thư chỉ được tiến hành khi vi khuẩn
đã xâm nhập và bắt đầu phát triển bên trong khối u.
Sau đó, ngay khi chúng đã tạo ra thuốc,
chế độ tự tiêu diệt sẽ được kích hoạt để ngăn ngừa sự bùng nổ
ngay khi số lượng của chúng chạm ngưỡng.
Chế độ này vừa giúp phóng thích thuốc, vừa làm giảm số lượng vi khuẩn.
Tuy nhiên, một tỉ lệ vi khuẩn nhất định vẫn còn sống
để khôi phục dân số của chúng.
Cứ như vậy số lượng vi khuẩn tăng lên đủ để kích hoạt chế độ tự tiêu diệt lần nữa,
và vòng tuần hoàn lại tiếp tục.
Chương trình này có thể điều chỉnh để cung cấp thuốc
theo bất kỳ lịch trình nào tốt nhất để tiêu diệt khối u.
Phương pháp đầy hứa hẹn này đã được thử nghiệm trên chuột.
Các nhà khoa học không chỉ loại bỏ thành công khối u lympho
bằng cách tiêm vi khuẩn vào khối u,
mà mũi tiêm này còn kích thích hệ miễn dịch,
giúp tế bào miễn dịch nhận diện và tấn công các u lympho chưa được điều trị
ở những vị trí khác của chuột.
Khác với những liệu pháp khác,
vi khuẩn không nhắm vào một loại ung thư cụ thể,
mà chúng tấn công tất cả các khối u rắn có chung đặc điểm.
Liệu pháp lập trình vi khuẩn không chỉ giới hạn trong điều trị ung thư.
Mà liệu pháp này còn được xem như những cảm biến tinh vi
trong việc theo dõi bệnh tật trong tương lai.
Các lợi khuẩn có thể sống dưới dạng bất hoạt trong đường ruột của chúng ta,
nơi chúng sẽ phát hiện, ngăn chặn và điều trị các rối loạn
trước khi các bệnh này biểu hiện thành triệu chứng.
Những tiến bộ trong công nghệ đang tạo ra một tương lai đầy hứa hẹn
của việc cá thể hóa điều trị bằng cách sử dụng các robot siêu nhỏ.
Nhờ vào hàng tỉ năm tiến hóa
chúng ta có thể đã nắm giữ khởi điểm
là hình thái sinh học không ngờ tới của vi khuẩn.
Và khi kết hợp thêm với sinh học tổng hợp,
thì ai biết được điều bất ngờ gì sẽ sớm xảy ra.
1884 年，一位癌症患者的病情每况愈下。
他颈部的恶性肿瘤快速增大，
随之而来的，是非肿瘤所致的 细菌性皮肤感染。
但很快，令人意外的情况出现了：
随着此人皮肤感染的痊愈， 他的恶性肿瘤亦开始消退。
一位名叫威廉 · 科利的医生（William Coley） 在 7 年后找到这名患者，
他没有发现任何 癌症（恶性肿瘤）遗存的迹象。
科利于是相信 有一件举世瞩目的事情要发生：
细菌感染能够刺激患者的免疫系统
以对抗癌症。
这项发现使科利成为癌症疗法的先驱，
即，有意向患者体内注射细菌， 以成功治疗癌症。
一个世纪之后， 合成生物学家发现了更好的治疗手段。
他们利用了看似不可能的盟友——
通过人为编程细菌的帮助， 使药物安全并直接地送至肿瘤处。
当细胞正常功能被改变时， 癌症就会发生。
癌变细胞之后开始 快速繁殖、成长，最终形成肿瘤。
诸如放疗、化疗以及免疫疗法
会击杀癌细胞， 但对整个身体也有副作用，
而且会在治疗过程中 无差别地破坏健康的组织。
然而，一些细菌，例如大肠杆菌
具有特定的优势， 它们可以选择性地在肿瘤内生长。
实际上，肿瘤的内部核心 为细菌提供了理想的生长环境，
供细菌安全地繁殖， 躲避免疫细胞的攻击。
这样的细菌不但不会引发炎症
还可被重编程， 使其自身携带抗癌药物
犹如特洛伊木马， 从肿瘤内部展开攻击。
此类通过基因编程细菌活细胞 作为治疗手段的新颖方式
是目前合成生物学中 一个备受关注的领域。
那细菌是如何被编程的呢？
关键就在于对它们 DNA 的操控。
在细菌活细胞的 DNA 中 插入特别的基因序列，
并指导其合成不同的分子。
其中包括一些 会干扰癌细胞的生长的分子。
在生物电路的帮助下，
细菌还可以被编程， 从而做出特定行为。
这些行为基于特定因素的 出现、缺失或组合而异。
举个例子，肿瘤通常 含氧量低， PH 值低，
并且会过量生产特定分子。
合成生物学家们 可以让细菌对这些条件敏感，
因此使得细菌只对肿瘤反应， 从而避开健康组织。
有一种生物电路， 名为同步裂解回路（SLC）。
它不仅能使细菌携带药物， 还可使其按时间规律行动。
首先，为避免伤害健康组织，
抗癌药物会随着细菌的生长被释放，
而整个过程仅会发生在肿瘤内部。
接下来，在药物被释放完毕后，
当细菌数量上升至临界值时，
一个生死 开关会被启动， 致使细菌爆裂。
这样既释放了药物， 又削减了细菌数量。
当然，一定比例的细菌会存活下来
以待继续繁殖、占领肿瘤。
最终，细菌的数量将再次 增长至临界值，触发生死开关，
如此循环。
人们可将生物电路中 药物释放的周期进行微调，
以最佳方式对抗不同癌症。
这一治疗方法已在科学实验中的 小白鼠身上被证实具有前景。
科学家通过注射细菌， 不仅可以消灭淋巴瘤，
同时还会刺激免疫系统，
引发免疫细胞识别并攻击
实验鼠体内 其他未受药物影响的淋巴瘤。
不同于其他疗法， 细菌并非只针对一种癌细胞，
而是以实体瘤的 一些共有特征作为靶点。
被基因编辑过的细菌 不局限于简单的对抗癌症，
同时，还能作为复杂精密的感应器
以监视未来疾病的发生部位。
安全的益生菌甚至 能以休眠状态潜伏于内脏，
在任何体内失调可能导致 疾病症状发生之前，
进行探测、阻止及治疗。
科技的发展，例如未来将会出现的
能带来更多个性化药物的纳米机器人， 令人兴奋无比。
不过多亏了数亿年来的进化，
我们可能已经站在了
研究细菌全新生物形态的起点。
向其中融入合成生物学，
谁人可知未来的可能呢？
1884 年，有一位病人的運氣 似乎從很差變成更差了。
這位病人的脖子上 長了個快速成長的腫瘤，
接著，又染上了不相關的 細菌性皮膚感染。
但，很快的，未預期的事發生了：
當他從感染中復元時， 癌症也開始減緩。
醫生威廉科萊在七年後 追蹤這位病人，
發現已經沒剩下任何 可見的癌症徵象。
科萊相信這位病人身上 發生了很不凡的事：
細菌感染刺激了病人的免疫系統，
將癌症擊退。
科萊幸運的發現讓他成為先驅，
倡導刻意注射細菌以成功治療癌症。
一百多年後，合成生物學家 發現了更好的方式
來使用這些以前 無法想像的盟友——
透過編程，讓細菌將藥物 安全地送到腫瘤所在處。
癌症的成因，是因為 細胞的正常功能受到改變，
導致它們快速增加， 形成叫做「腫瘤」的贅生物。
放射線治療、化療、 免疫療法等治療方法
都是在嘗試殺死惡性細胞， 但可能會影響整個身體，
在過程中破壞了健康的組織。
然而，有些細菌，像大腸桿菌，
具有獨特的優勢，它們能夠 選擇性地在腫瘤中生長。
事實上，腫瘤的核心 反而是個理想的環境，
讓大腸桿菌能夠避開 免疫細胞，安全增長。
細菌可以被重新編程，
讓它們不會造成感染， 且能夠攜帶抗癌藥物，
扮演特洛伊木馬，從腫瘤內部進攻。
透過細菌編程讓細菌 做出新穎的感覺和反應，
這個點子是合成生物學 領域的主要焦點之一。
但要怎麼做細菌編程呢？
關鍵在於操控細菌的 DNA。
將特定的基因序列插入到細菌中，
細菌就能接受指示， 合成不同的分子，
包括能夠打斷癌症生長的分子。
在生物電路的協助之下，
也可以讓細菌做出 非常明確的特定行為。
生物電路可以根據存在、 不存在，或某些因子的組合，
來做不同的行為編程。
比如，腫瘤的含氧量 及 pH 值都很低，
且會過度生產特定的分子。
合成生物學家可透過編程， 讓細菌感測到那些條件，
因此就能夠針對腫瘤 做出反應，避開健康組織。
有一種生物電路
叫做同步裂解電路（SLC），
不僅能讓細菌去遞送藥物， 還能依時間表排程遞送。
首先，為了避免傷害到健康組織，
在細菌生長時才開始 製造抗癌藥物，
因為細菌生長只會 在腫瘤內部發生。
接著，在細菌製造了藥物之後，
當細菌的數量到達臨界值時，
緊急停止開關會造成細菌爆裂。
爆裂後釋出藥物也減少細菌的數量。
然而有一定比例的細菌仍然活著，
可以讓菌落繼續成長。
最終，細菌的數量又大到 會再次觸發緊急停止開關，
不斷重覆循環。
這種電路可做精確調整，
依據最適合用來對抗癌症的 固定排程來遞送藥物。
在用老鼠的科學試驗中， 已經證明這個方法很有希望。
科學家不僅能夠成功
透過注入細菌的方式消除淋巴瘤，
同時也能刺激免疫系統，
指導免疫細胞去辨視並攻擊 在老鼠體內其他地方
沒有被治療到的淋巴瘤。
和許多其他治療方法不同， 細菌不會針對特定的癌症類型，
而是去找所有實質固態瘤 共同的一般性特徵。
可編程的細菌也不限用在對抗癌症，
還可以被當作精密的感測器，
監視未來疾病的所在。
安全的益生菌或許能在 我們的腸道中休眠，
在那裡，它們可以偵測、 預防、治療疾病，
讓它們沒機會造成任何症狀。
科技的進步讓大家 很興奮地預期在未來
由機械奈米機器人 遞送個人化的藥物。
但，因為有數十億年的演化，
我們可能已經在 未預期的細菌生物形式中
找到了一個起始點。
再把合成生物學也加進來，
天知道不久後還會出現 什麼新的可能性。