Intelligente Bakterien zur Erkennung von Krankheiten
Forscher des Inserm und des CNRS Montpellier, in Kooperation mit dem CHRU Montpellier und der Stanford Universität (USA), haben Bakterien so transformiert, dass diese Erkrankungen allein durch das Vorhandensein bestimmter Moleküle im Blut oder Urin erkennen können. Die Bakterien werden so zu einem echten Diagnoseinstrument.
Die In-Vitro-Diagnostik (IVD) basiert auf der Präsenz von Molekülen in physiologischen Flüssigkeiten (Blut, Urin), die für eine spezifische Erkrankung charakteristisch sind. Die IVD ist aufgrund ihrer Nicht-Invasivität und der einfachen Anwendung sehr wichtig für die Früherkennung und Überwachung von Krankheiten. Da lebende Zellen wahre Nanomaschinen sind, die verschiedene Signale erkennen, verarbeiten und darauf reagieren können, sind sie gute Kandidaten für die Entwicklung neuer Diagnoseverfahren. Sie müssen jedoch erst "programmiert" werden, damit sie die gewünschten Aufgaben ausführen.
Dafür hat die Gruppe um Jérôme Bonnet am Zentrum für Strukturbiologie in Montpellier (Inserm/CNRS/Universität Montpellier) Konzepte der synthetischen Biologie genutzt, um genetische Systeme zur Programmierung lebender Zellen zu entwickeln.
Jérôme Bonnet hatte 2013 den "Transcriptor" entwickelt, ein genetisches Äquivalent zum elektronischen Transistor. Der Transistor ist der Hauptbestandteil moderner elektronischer Systeme und spielt die Rolle eines Schalters und Signalverstärkers. Bei der Verknüpfung mehreren Transistoren können "Logikgatter" geschaffen werden, die auf verschiedene Signalverknüpfungen mit einer vorgegebenen Logik antworten. Mit dem Transcriptor werden die elektronischen Signale durch molekulare Signale ersetzt. Dank des Transcriptors können einfache genetische Programme für verschiedene Molekülverbindungen in lebende Zellen (z.B. Bakterien) implantiert werden.
In einem nächsten Schritt haben die Forscher diese Technologie zur Erkennung von Krankheitserregern in klinischen Proben angewandt. Sie haben die Verstärkerkraft des Transcriptors genutzt, um Erreger auch in kleineren Mengen zu identifizieren. Darüber hinaus konnten sie die Ergebnisse des Tests mehrere Monate in der DNA der Bakterien speichern. Als Proof-of-Concept haben die Wissenschaftler den Transcriptor mit einem Glucose-empfindlichen bakteriellen System verbunden und die ungewöhnlich hohe Menge von Glucose im Urin von Diabetikern aufgespürt.
Die Zellen werden also in die Lage versetzt, unterschiedliche Operationen in Abhängigkeit von verschiedenen vorhandenen Markern durchzuführen, was den Weg zu einer präziseren Diagnose durch die Erkennung molekularer "Signaturen" mit verschiedenen Markern eröffnet.
Originalveröffentlichung
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