Как запрограммировать бактерии для борьбы с раком — Тэл Дэнино

Посмотреть урок полностью: https://ed.ted.com/lessons/hacking-bacteria-to-fight-cancer-tal-danino

В 1884 году состояние одного больного продолжало ухудшаться: у него стремительно разрасталась опухоль шеи, и в добавок ко всему ещё появилась бактериальная инфекция кожи. Через какое-то время инфекция начала отступать, а вместе с ней, на удивление, уменьшилась и раковая опухоль. Оказалось, что инфекция активировала иммунную систему больного и его организм оказался в состоянии побороть рак. В наше время специалисты в области синтетической биологии научились программировать бактерии для доставки медикаментов прямо в опухоль. Как такое возможно? Об этом расскажет Тэл Дэнино.

Урок — Тэл Дэнино, мультипликация — Крис Бишоп

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.