Synthetische Biologen verlängern Lebensdauer von Krebs kämpft Schaltung in Mikroben: Forscher gezeigt, dass Sie können stabilisieren, genetische schaltkreise, ohne sich in das Geschäft der fighting evolution
Biotechnologen Kenntnisse an der Universität von Kalifornien in San Diego haben eine Methode entwickelt, um erheblich verlängern die Lebensdauer der gen-schaltungen verwendet, um anzuweisen, Mikroben zu tun, Dinge wie produzieren und liefern Drogen, brechen Chemikalien und dienen als sensoren.
Die meisten schaltungen, die synthetischen Biologen insert into Mikroben brechen oder verschwinden ganz aus den Mikroben nach einem bestimmten Zeitraum-in der Regel Tage bis Wochen — aufgrund von verschiedenen Mutationen. Aber am 6. September 2019 Ausgabe der Zeitschrift Science, die UC San Diego Forscher gezeigt, dass Sie halten können genetische schaltkreise für viel mehr.
Der Schlüssel dieses Ansatzes ist die Möglichkeit der Forscher, vollständig ersetzen eine genetische-circuit-Transport sub-population mit einen anderen, um einen reset der mutation Uhr, während die Schaltung läuft.
„Wir haben gezeigt, dass wir uns stabilisieren können genetische schaltkreise, ohne sich in das Geschäft der fighting evolution“, sagte UC-San Diego, bioengineering und Biologie-professor Jeff Hasty, die entsprechender Autor auf der Studie. „Sobald wir aufgehört Kampf der evolution auf der Ebene einzelner Zellen haben wir gezeigt, wie könnten wir halten eine metabolisch-teuer genetischen Schaltkreis weiter gehen, solange wir wollen.“
Die Schaltung der UC San Diego Forscher in der Science – Studie, dass dieses team, und andere, die aktiv sind an der Entwicklung neuer Arten von Krebs-Therapien.
„Als synthetische Biologen unser Ziel ist die Entwicklung von gen-schaltungen, die es uns ermöglichen zu nutzen Mikroorganismen für eine Vielzahl von Anwendungen. Aber die Realität heute ist, dass die gen-schaltungen legen wir in Mikroben sind anfällig für Fehler, durch evolution. Ob es Tage, Wochen oder Monate, sogar mit den besten Kreislauf-Stabilisierung kommt, es ist nur eine Frage der Zeit. Und einmal verlieren Sie die Funktionalität in Ihrem genetischen Regelkreis, es gibt nichts zu tun, aber starten“, sagte Michael Liao, UC San Diego bioengineering Doktorand und erste Autor des Science Papier. „Unsere Arbeit zeigt, gibt es einen anderen Weg in die Zukunft, nicht nur in der Theorie sondern in der Praxis. Wir haben gezeigt, dass es möglich ist, halten circuit-Zerschlagung Mutationen in der Bucht. Wir haben einen Weg gefunden schlagen zu halten zurücksetzen auf die mutation Uhr.“
Wenn das team die Methode optimiert werden kann lebende Systeme, die Auswirkungen könnten von Bedeutung sein für viele Bereiche, darunter der Krebstherapie, bioremediation, und bioproduktion von nützlichen Proteinen und chemischen Komponenten.
Stein-Schere-Papier
Um tatsächlich bauen Sie eine „reset-Taste“ für die mutation Uhr, die Forscher konzentrierten sich auf die Dynamik zwischen den Stämmen von Mikroorganismen, anstatt zu versuchen zu halten selektiven Druck bei der Bucht auf der Ebene der einzelnen Zellen. Die Forscher demonstrierten Ihre community-level-engineering-system mit drei sub-Populationen von E. coli, die mit einem „Stein-Papier-Schere“ power dynamic. Dies bedeutet, dass die „rock“ – Stamm kann töten, die „Schere“ – Sorte, aber wird getötet durch die „Papier“ – Sorte.
Die meisten veröffentlichten arbeiten, tendieren dazu, die Stabilisierung der Strategien, die das handeln auf der Ebene der einzelnen Zellen. Während einige dieser Ansätze kann ausreichend sein, in einem bestimmten therapeutischen Kontext, die evolution gebietet, dass einzelne Zelle nähert, wird naturgemäß eher mit der Arbeit aufhören, irgendwann. Da jedoch das Schere-Stein-Papier (RPS) die Stabilisierung wirkt auf kommunaler Ebene sein, es kann auch gekoppelt werden mit allen Systemen, dass die Handlung auf einer einzigen Ebene der Zellen drastisch verlängern Ihre Lebensdauer.
Machen Krebs-Medikamenten und Auslieferung an Tumoren
In 2016 in der Natur, UC San Diego Forscher um Übereilte, zusammen mit Kollegen am MIT, beschrieb eine „synchronisiert Lyse Schaltung“, könnte verwendet werden, um Krebs-Tötung Medikamente, die hergestellt werden durch Bakterien, die sich ansammeln, in und um Tumoren. Dies führte der UC San Diego Gruppe zu konzentrieren, auf die synchronisiert Lyse-Plattform für die Experimente, veröffentlicht in der Wissenschaft.
Diese koordinierten Explosionen treten nur auf, sobald eine VORGEGEBENE Dichte der Zellen wurde erreicht, Dank der „quorum sensing“ – Funktion auch gebacken in die genetische schaltkreise. Nach der explosion, die etwa 10% der bakteriellen population nicht explodieren, beginnt wieder zu wachsen. Wenn die Dichte der Bevölkerung wieder einmal erreicht die vorbestimmte Dichte (mehr „quorum sensing“), ein weiteres Medikament-Lieferung explosion ausgelöst und der Prozess kodiert, das die Forscher “ synchronisiert Lyse-Schaltung neu gestartet.
Die Herausforderung besteht jedoch darin, dass dieser Krebs zu töten genetischen Schaltkreis-und andere genetische schaltkreise angelegt, die von der synthetischen Biologie — schließlich aufhören zu arbeiten, in die Bakterien. Der Schuldige ist. Mutationen angetrieben durch den Prozess der evolution.
„Die Tatsache, dass einige bugs, die natürlich wachsen in Tumoren, und wir können Ingenieur zu produzieren und zu liefern Therapien im Körper ist ein Spiel-wechsler für die synthetische Biologie“, sagte Hasty. „Aber wir müssen Wege finden, um zu halten die genetischen schaltungen ausgeführt. Es gibt noch viel Arbeit zu tun, aber wir können zeigen, dass wir die swap-Populationen und halten Sie die Schaltung läuft. Dies ist ein großer Schritt für die synthetische Biologie.“
Die Biomedizinische Forschung Entwickelt
Eines der Forscherteams arbeiten weiter voranzubringen und zu implementieren, die synchronisiert Lyse-Schaltung ausgeführt von Tal Danino, jetzt professor an der Columbia University, der ebenfalls veröffentlichten bahnbrechenden Werk über die Entwicklung des quorum sensing für synthetische Biologie Teil, der seinen Ph. D. an der UC San Diego.
„Tal zeigten kürzlich, dass synchronisiert Lyse-Technologie kann verwendet werden, um eine Immuntherapie für Tumoren in Mäusen. Meines Wissens sind Sie der erste, um zu zeigen, dass die bakterielle Produktion und Distribution von Arzneimitteln innerhalb eines behandelten Tumors können das Immunsystem angreifen unbehandelten Tumoren. Die Ergebnisse sind faszinierend. Er betont auch, wie wichtig es für uns herauszufinden, wie zu halten, die Lyse-Schaltung ausgeführt, so lange wie möglich“, sagte Hasty.
Der aktuelle Ansatz ist nicht beschränkt auf ein drei-Stamm-system. Die einzelnen sup-Populationen von Mikroben, zum Beispiel, könnte jeder programmiert werden, um verschiedene Drogen, bietet das Potenzial von präzise Kombination medikamentöse Therapien zur Behandlung von Krebs, zum Beispiel.
Die Forscher untersuchten die Dynamik der Populationen mithilfe von Mikrofluidik-Geräte, die es ermöglichen, für die kontrollierte Interaktionen zwischen den verschiedenen sub-Populationen. Sie zeigten auch das system ist robust, wenn getestet in größeren Brunnen.
Ein Nächster Schritt wird es sein, zu kombinieren, der Ansatz mit standard-stabilisierende Ansätze und zeigen, arbeitet das system im live-Tiermodellen.
„Wir werden konvergieren auf einem extrem stabilen drug-delivery-Plattform mit breiter Anwendbarkeit für bakterielle Therapien“, sagte Hasty.
Hastige, Din, und Danino sind co-Gründer von GenCirq, ein Unternehmen, das versucht zu übertragen und die damit verbundenen arbeiten in die Klinik.