Бактерии широко используются в пищевой промышленности, сельском хозяйстве и фармакологии, но для медиков они, прежде всего, враги, с которыми надлежит бороться. Но сегодня ученые пытаются изменять микробы таким образом, чтобы они диагностировали болезни, излечивали рак и синтезировали лекарственные препараты.
«Бактериальный сенсор»
Французские ученые из университета Монпелье вместе с американскими коллегами создали «Baktosensor» – видоизмененную кишечную бактерию, способную обнаруживать биомаркеры, т.е. вещества, указывающие на наличие болезней. Когда такая бактерия встречается с одним из биомаркеров, один из участков ее ДНК автоматически изменяется, и она начинает синтезировать большие количества белка, влияющего на ее цвет. К примеру, для диагностики диабета создана бактерия, выступающая в качестве индикатора глюкозы и используемая для исследования проб мочи. При погружении в жидкость, в которой содержится большое количество глюкозы, желатиновых шариков с реагирующими на нее бактериями, они окрашиваются в розовый цвет, указывая на присутствие сахара.
Бактерии очень чувствительны и способны определять присутствие одного или нескольких биомаркеров. Даже небольшое количество биомаркеров ведет к усиленному синтезу в них красящих веществ. В лабораторных опытах «бактериальные сенсоры» уже обнаруживают раковые опухоли и метастазы. Так, американские ученые из Массачусетского технологического института в Бостоне доказали, что в метастазах рака печени накапливаются определенные бактерии, которые расщепляют биомаркеры, встречающиеся только в этих опухолях. Продукты их расщепления можно с помощью «Baktosensor» выявить в пробах мочи.
Преимущество «бактериальных сенсоров» состоит в том, что микроорганизмы способны с диагностической целью проникать в самые труднодоступные уголки человеческого тела. Однако для этого пациентам придется глотать генетически измененные бактерии, и безопасность данного метода еще предстоит доказать.
Надежда на излечение
В качестве следующего шага ученые планируют создать бактерии, способные излечивать тяжелые болезни. Еще в начале ХIХ века ученые отмечали случаи уменьшения раковых опухолей под влиянием бактериальных инфекций. Американский врач Уильям Колей использовал для лечения больных раком костей и соединительной ткани бактерии, предварительно ослабленные путем нагревания. Впоследствии этот метод был вытеснен химиотерапией и лучевой терапией, и о нем надолго забыли. Однако сегодня ученые всего мира снова проявляют к нему интерес. Одним из ведущих немецких специалистов в этой области считается д-р Зигфрид Вайс из центра по исследованию инфекционных заболеваний им. Гельмгольца в Брауншвейге. Он считает, что использование генетически измененных бактерий наиболее перспективно при больших или труднодоступных опухолях. Бактерии, в отличие от лучей или препаратов для химиотерапии, смогут проникать в самую их середину. Ведь проникающая способность лучей ограничена, чтобы не нанести непоправимый вред организму, а медицинские препараты не попадают внутрь опухоли, поскольку пораженные ткани плохо снабжаются кровью. К тому же, некоторые виды бактерий могут обитать и размножаться при низком содержании кислорода, как это имеет место внутри опухоли.
Полезные убийцы
Использование бактерий предполагает три возможности поддержать организм в его борьбе с раком, объясняет профессор Мария Ресигно из Европейского института онкологии в Милане. Бактерии типа клостридий (Clostridien), способные размножаться при низком содержании кислорода, могут проникать внутрь опухоли и непосредственно убивать раковые клетки своими токсинами. Кишечные палочки (Kolibakterien) могут, подобно микроскопическим подводным лодкам, транспортировать вглубь опухолей груз медикаментов и по сигналу «выпускать» их в труднодоступных участках злокачественных новообразований. А сальмонеллы (Salmonellen) активизируют иммунную систему больного, побуждая иммунные клетки организма атаковать и уничтожать раковые клетки. Во всяком случае, в лабораторных опытах сальмонеллы проникали в меланомы и заставляли их «съеживаться» и уменьшаться в размерах.
В настоящее время ученые стараются найти бактерии, которые будут достаточно сильны, чтобы уменьшить, а то и полностью уничтожить опухоль, или активизировать защитные силы организма больного, и в то же время слишком слабы, чтобы нанести ему существенный вред в процессе лечения.
Почти как боги
Группе американских генетиков под руководством Крейга Вентера впервые удалось создать живой организм, более простой, чем все существующие в природе. Крохотная бактерия «JCVJ Syn 3.0» обладает минимальным набором из 473 генов. Тем не менее, она способна питаться, что свидетельствует о наличии обмена веществ, синтезировать белки, защищаться, окружая себя клеточной стенкой, и размножаться, не подвергая мутациям свою ДНК. Вентер известен в научных кругах, прежде всего, тем, что его фирма первой полностью расшифровала геном человека, насчитывающий около 35 тыс. генов. Ученый стремился найти минимальный генетический код, необходимый для существования жизни, лучше понять функционирование генов, а впоследствии создать бактерии, способные продуцировать вещества, не предусмотренные их геномом. Они обладали бы основными функциями, необходимыми для выживания, и одновременно могли бы синтезировать не только инсулин, как сегодня, но и гораздо более сложные вещества.
В то же время искусственно сотворенный организм поставил перед своими создателями множество новых вопросов. Оказалось, что они не имеют представления о функциях 79 генов, необходимых для существования и размножения. Впрочем, американские ученые довольны уже тем, что им удалось разработать методы, позволяющие программировать бактерии с самого начала. Впрочем, немецкие специалисты по синтетической биологии из Технического университета Дрездена считают более быстрым, перспективным и дешевым способом создание отдельных генов и внедрение их в уже существующие бактерии, что также позволит превратить их в миниатюрные фабрики, синтезирующие необходимые людям медикаменты.
