Baktériumok programozása a rák felismerésére (és talán kezelésére is)

A májrák az egyik legnehezebben felismerhető ráktípus. Tal Danino szintetikus biológusnak azonban támadt egy rendhagyó ötlete: Mi lenne, ha létre tudnánk hozni olyan probiotikus, fogyasztható baktériumokat, amelyek arra lennének "beprogramozva", hogy megtalálják a májdaganatokat? Ehhez a baktériumoknak egy olyan tulajdonságát használja fel, amelyet épp csak kezdünk megérteni: a kvórumérzékelést, vagyis a kritikus tömeg elérésekor beinduló kollektív cselekvést. Danino elmagyarázza, hogyan működik a kvórumérzékelés, és miképp hozhat egy napon változást az intelligens baktériumok kollektív cselekvése a rák gyógyításában.

Talán nincsenek is tudatában,

hogy több baktérium van a testükben,
mint ahány csillag az egész galaxisunkban.

A bennünk élő baktériumok
lenyűgöző univerzuma

egészségünk szerves részét képezi,

és a technológiánk olyan gyorsan fejlődik,

hogy ma már úgy tudjuk programozni ezeket
a baktériumokat, mint a számítógépeket.

Az itt látható ábra,

tudom, úgy néz ki, mint egy
sportmeccs taktikai terve,

de valójában az első általam fejlesztett
bakteriális program rajza.

A szoftveríráshoz hasonlóan tudunk
DNS-t is írni és sokszorosítani

különféle algoritmusok és programok
szerint, baktériumok belsejében.

Ez a program fluoreszkáló
fehérjéket hoz létre

ritmikus ütemben,

és egy olyan apró molekulát is,

mely lehetővé teszi a baktériumok
kommunikációját, összehangolását,

ahogy ezen a filmen látható.

A növekvő baktériumkolónia,
melyet itt látnak,

kb. olyan vastag, mint az emberi haj.

Azt viszont nem látják,
hogy genetikai programunk

apró molekulák termelésére
késztet minden egyes baktériumot,

és ezek a molekulák közlekednek az ezernyi
különálló baktérium között,

és megmondják nekik,
mikor kapcsoljanak ki és be.

A baktériumok igen jól
szinkronizálnak ezen a szinten,

de mivel az őket összehangoló
molekula csak ilyen gyorsan tud mozogni,

nagyobb baktériumkolóniákban
ez haladó hullámokat eredményez

az egymástól távol lévő
baktériumok között.

Ezeket a hullámokat láthatják
jobbról balra haladni a képernyőn.

Genetikai programunk alapja
egy természetes jelenség,

a kvórumérzékelés,

amely a baktériumoknál koordinált,
néha virulens viselkedést vált ki

a kritikus sűrűség elérésekor.

Itt látható a kvórumérzékelés működés
közben,

ahol egy növekvő baktériumkolónia
akkor kezd csak el fényleni,

ha magas vagy kritikus sűrűséget ér el.

Genetikai programunk

folyamatosan termeli
a fluoreszkáló fehérjék ritmikus mintáit,

miközben a kolónia kifelé növekszik.

Ezt a különleges felvételt és kísérletet
Szupernovának hívjuk,

mert egy szétrobbanó csillaghoz hasonlít.

Nos, ezeknek a szép mintáknak
a programozásán túl

érdekelt, mire tudjuk még
rábírni a baktériumokat.

Kutatni kezdtem, hogyan
programozható a baktérium arra,

hogy olyan betegségeket
észleljen és kezeljen, mint a rák.

Az egyik meglepő tény a baktériumokról,

hogy természetes módon képesek
növekedni daganatok belsejében.

Ennek oka, hogy a daganat tipikusan

az a terület, melyet az immunrendszer
nem ér el,

így a baktériumok megtalálják
e tumorokat,

és biztonságos menedéknek használják,
ahol növekedhetnek és gyarapodhatnak.

Probiotikus baktériumokat használtunk,

amelyek biztonságosak
és az egészségre jó hatásúak,

és azt találtuk, hogy
ha egereknek adjuk szájon át,

ezek a probiotikumok kifejezetten
májdaganatok belsejében növekednek.

Rájöttünk, hogy a legkönnyebben

úgy tudjuk kimutatni
a probiotikumok

és ezáltal a daganatok jelenlétét,

ha a baktériumokat
egy jel termelésére bírjuk,

amely a vizeletből kimutatható.

Ezért arra programoztuk
a probiotikumokat,

hogy a vizelet színét megváltoztató
molekulát állítsanak elő,

amely jelzi a rák jelenlétét.

Ezután kimutattuk, hogy ez a technológia

érzékenyen és specifikusan
képes észlelni a májtumort,

amit más módon igen nehéz felderíteni.

Mivel ezek a baktériumok
kifejezetten tumorokban találhatók,

arra programoztuk őket,
hogy ne csak jelezzék,

hanem kezeljék is a rákot azáltal,

hogy gyógyhatású molekulákat
termelnek a daganat belsejében,

amelyek a szóban forgó
daganatot zsugorítják.

Ezt kvórumérzékelési programok
használatával tettük,

ahogy az előző felvételeken láthatták.

Összegzésképp képzeld el a jövőt, amikor
programozott probiotikumot veszel be,

amely képes észlelni és kezelni a rákot,

vagy akár más betegségeket.

Képességünk baktériumok

és az élet programozására

új távlatokat nyit a rákkutatásban.

Vik Muniz művésszel
e vízió kifejezésén dolgoztam,

és megalkottuk az univerzum jelképét

kizárólag baktériumok
és ráksejtek felhasználásával.

Végezetül, azt remélem, hogy e
mikroszkopikus világ szépsége és célja

új és kreatív megközelítéseket
ihlet a rákkutatás jövőjében.

Köszönöm!

(Taps)