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美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校Jeff Hasty、南澳大利亞健康和醫(yī)學(xué)研究所Susan L. Woods及Daniel L. Worthley共同通訊在Science在線發(fā)表題為“Engineered bacteria detect tumor DNA”的研究論文，該研究設(shè)計(jì)了一種腫瘤DNA工程細(xì)菌檢測(cè)器，利用天然活性的貝氏不動(dòng)桿菌來檢測(cè)來自結(jié)直腸癌（CRC）細(xì)胞、類器官和腫瘤基因組的供體DNA。

該研究在體外通過共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表征了生物傳感器的功能，然后在體內(nèi)用傳感器細(xì)菌傳遞給攜帶結(jié)直腸腫瘤的小鼠進(jìn)行驗(yàn)證。在小鼠CRC模型中，該研究觀察到從腫瘤到傳感器細(xì)菌的水平基因轉(zhuǎn)移。這種靶向的、CRISPR識(shí)別水平基因轉(zhuǎn)移（CATCH）的細(xì)胞檢測(cè)能夠?qū)μ囟ǖ臒o細(xì)胞DNA進(jìn)行生物檢測(cè)。

細(xì)菌工程促進(jìn)了活細(xì)胞診斷和治療方法的發(fā)展，包括對(duì)腸道炎癥、腸道出血、病原體和缺氧腫瘤做出反應(yīng)的微生物。細(xì)菌可以進(jìn)入整個(gè)胃腸道，產(chǎn)生糞便或尿液。細(xì)胞記憶，如雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)或基因組重排，使細(xì)菌能夠隨時(shí)間存儲(chǔ)信息。一些細(xì)菌天生具有轉(zhuǎn)化能力，可以直接從其環(huán)境中提取細(xì)胞外DNA樣本。自然能力是水平基因轉(zhuǎn)移（HGT）的一種機(jī)制，即生物之間的遺傳物質(zhì)交換，而不是垂直的“親本到后代”傳播。HGT在微生物中很常見。它也可能發(fā)生從微生物到動(dòng)物和植物，并在相反的方向，從真核生物到原核生物。然而，細(xì)菌通過HGT檢測(cè)和響應(yīng)哺乳動(dòng)物DNA的正向工程尚未被探索。

該文描述的傳感器細(xì)菌表明，活體生物傳感器可以檢測(cè)腸道中CRC脫落的特定哺乳動(dòng)物DNA，無需樣品制備或處理。工程供體盒不需要CATCH生物傳感器來檢測(cè)、區(qū)分和報(bào)告目標(biāo)序列，盡管最終的天然DNA生物傳感器將需要改進(jìn)的信號(hào)背景比來可靠地檢測(cè)整個(gè)基因組DNA中的序列。同源臂和CRISPR間隔器是模塊化的，因此該策略可以很容易地用于檢測(cè)和分析任意感興趣的目標(biāo)序列。

機(jī)理模式圖（圖源自Science）

體外DNA分析有助于檢測(cè)和管理重要的人類疾病，包括癌癥和感染。然而，體外傳感需要潛在的侵入性樣品去除，許多DNA診斷不能達(dá)到臨床相關(guān)的序列分辨率，更先進(jìn)的技術(shù)仍然過于昂貴，無法在所有環(huán)境中常規(guī)使用。在體內(nèi)對(duì)腸道進(jìn)行直接取樣可能具有重要的優(yōu)勢(shì)。胃腸道含有顯著的脫氧核糖核酸酶（DNase）活性，這限制了嚙齒動(dòng)物和人類游離DNA的壽命，從而可能降低下游糞便樣本的信息含量。

原位細(xì)菌生物傳感器可以在DNA釋放后被局部DNA酶降解之前捕獲并保存DNA。CATCH最令人興奮的方面可能是，與體外診斷不同，一旦捕獲目標(biāo)DNA，它就可以與納米體、肽或其他小分子的直接和基因型互補(bǔ)遞送相結(jié)合，用于治療癌癥或感染。CATCH允許細(xì)胞檢測(cè)無細(xì)胞DNA，因此可能在未來的合成生物學(xué)應(yīng)用中證明有用，無論何時(shí)何地，DNA檢測(cè)和分析都很重要。

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