Σύνοψη
Επιστήμονες προγραμματίζουν βακτήρια με «λογικές πύλες» DNA για να εντοπίζουν καρκινικούς όγκους.Τα βακτήρια εκκρίνουν θεραπευτικές ουσίες μόνο όταν “επιβεβαιώσουν” ότι βρίσκονται εντός του όγκου.Η μέθοδος εξαλείφει τις παρενέργειες στους υγιείς ιστούς που προκαλεί η συμβατική χημειοθεραπεία.Η τεχνολογία βασίζεται στις αρχές της συνθετικής βιολογίας και του DNA computing.
Η σύγκλιση της πληροφορικής και της βιολογίας πλησιάζει σε ένα επίπεδο που μέχρι πρότινος ανήκε στη σφαίρα της φαντασίας. Σύμφωνα με πρόσφατη μελέτη στο ACS Synthetic Biology, η ανθρωπότητα δεν σχεδιάζει πλέον απλώς φάρμακα, αλλά προγραμματίζει “έξυπνους” βιολογικούς πράκτορες. Η χρήση βακτηρίων ως μέσων μεταφοράς και εκτέλεσης εντολών κατά του καρκίνου αποτελεί την πιο ρηξικέλευθη εφαρμογή της συνθετικής βιολογίας σήμερα.
Η παραδοσιακή ιατρική βασίζεται στη διάχυση ουσιών στο σώμα, ελπίζοντας ότι η μεγαλύτερη ποσότητα θα πλήξει τον στόχο χωρίς να καταστρέψει τον ξενιστή. Οι ερευνητές όμως πλέον εισάγουν στα βακτήρια (κυρίως σε στελέχη Salmonella ή E. coli) συνθετικά κυκλώματα DNA. Αυτά τα κυκλώματα λειτουργούν ακριβώς όπως οι επεξεργαστές στα κινητά μας τηλέφωνα, αλλά αντί για ηλεκτρικά σήματα, επεξεργάζονται χημικά σήματα.
Ένα βακτήριο εξοπλισμένο με μια πύλη λογικής AND θα ενεργοποιήσει την παραγωγή μιας τοξίνης μόνο εάν ικανοποιηθούν δύο συνθήκες ταυτόχρονα: η παρουσία ενός συγκεκριμένου όξινου περιβάλλοντος (χαρακτηριστικό των όγκων) ΚΑΙ η χαμηλή συγκέντρωση οξυγόνου. Εάν το βακτήριο βρεθεί σε υγιή ιστό όπου το οξυγόνο είναι φυσιολογικό, ο “διακόπτης” παραμένει κλειστός και το κύτταρο παραμένει αβλαβές.
Μόλις τα βακτήρια διεισδύσουν στον όγκο, αρχίζουν να πολλαπλασιάζονται. Λόγω του προγραμματισμού τους, μετατρέπονται σε μικροσκοπικά εργοστάσια παραγωγής φαρμάκων ακριβώς στο σημείο που χρειάζεται. Αυτό επιτρέπει τη χρήση εξαιρετικά ισχυρών κυτταροτοξικών ουσιών που, αν χορηγούνταν ενδοφλεβίως, θα ήταν θανατηφόρες για τον ασθενή. Τα βακτήρια “τρώνε” τον όγκο μεταβολίζοντας τις ουσίες του και ταυτόχρονα τον καταστρέφουν εκκρίνοντας το θεραπευτικό φορτίο τους.
Ένα από τα μεγαλύτερα ερωτήματα είναι ο έλεγχος αυτών των οργανισμών. Οι επιστήμονες έχουν ενσωματώσει “διακόπτες αυτοκτονίας” (kill switches). Εάν τα βακτήρια ανιχνεύσουν ότι εξέρχονται από την περιοχή του όγκου ή αν ο γιατρός χορηγήσει ένα συγκεκριμένο χημικό σήμα (π.χ. ένα αντιβιοτικό), τα βακτήρια αυτοκαταστρέφονται ακαριαία, διασφαλίζοντας ότι η θεραπεία δεν θα ξεφύγει από τον έλεγχο.
Βρισκόμαστε μπροστά στην “ψηφιοποίηση της βιολογίας”. Η δυνατότητα να γράφουμε κώδικα σε DNA και να τον εκτελούμε μέσω ζωντανών κυττάρων αλλάζει τον χάρτη της ιατρικής. Η συγκεκριμένη τεχνολογία θα μπορούσε να αποτελέσει το θεμέλιο για την εξατομικευμένη ιατρική του μέλλοντος, όπου ο προγραμματισμός της θεραπείας θα είναι τόσο ακριβής όσο ο προγραμματισμός ενός λογισμικού.