A stratégia lényege, hogy olyan mikrobákat használnak, amelyek természetes módon oxigénszegény környezetben élnek — márpedig a legtöbb szilárd tumor belseje pontosan ilyen.

A kutatást vezető Dr. Marc Aucoin:„A baktériumspórák bejutnak a tumorba, ahol sok a tápanyag és nincs oxigén, amit ez a szervezet kedvel, így elkezdi ezeket a tápanyagokat felélni és növekedni. Most tehát kolonizáljuk ezt a központi teret, és a baktérium lényegében megszabadítja a testet a tumortól.”

A módszer középpontjában a Clostridium sporogenes nevű talajbaktérium áll, amely kizárólag teljesen oxigénmentes környezetben képes életben maradni. A tumorok belsejében lévő elhalt sejtek és oxigénhiány ideális feltételeket teremtenek a szaporodásához.

A legnagyobb kihívás – az oxigénnel való találkozás

A baktériumok azonban csak a tumor mélyén érzik jól magukat. Ahogy kifelé terjednek, és kis mennyiségű oxigénnel találkoznak, elpusztulnak, mielőtt teljesen el tudnák tüntetni a daganatot. A kutatók ezért egy olyan gént ültettek be, amely egy rokon baktériumból származik, és nagyobb oxigéntűrést biztosít.

A probléma az volt, hogy ezt a képességet nem lehetett „állandóan bekapcsolva” hagyni, mert akkor a baktériumok akár oxigéndús környezetben – például a véráramban – is életben maradhatnának, ami veszélyes lenne. A megoldást a természetes bakteriális kommunikáció, az úgynevezett quorum sensing adta.

A rendszer lényege, hogy a baktériumok kémiai jeleket bocsátanak ki, amelyek a populáció növekedésével erősödnek. Csak akkor kapcsol be az oxigéntűrő gén, amikor elegendő baktérium gyűlt össze a tumor belsejében – vagyis pontosan akkor, amikor szükség van rá – írja a Science Daily.

DNS‑alapú „áramkörök” a baktériumokban

A kutatócsoport korábbi vizsgálatokban már bizonyította, hogy a Clostridium sporogenes genetikailag módosítható az oxigén jobb tolerálására. A következő lépésben a quorum sensing működését tesztelték: a baktériumokat úgy programozták, hogy zöld fluoreszcens fehérjét termeljenek, így láthatóvá vált, mikor aktiválódik a rendszer.

„A szintetikus biológia segítségével olyasmit építettünk, mint egy elektromos áramkör, de vezetékek helyett DNS‑darabokat használtunk. Minden elemnek megvan a maga feladata. Ha helyesen illesztjük össze őket, egy kiszámíthatóan működő rendszert kapunk.”

A következő nagy lépés az, hogy az oxigéntűrő gént és a quorum sensing vezérlőrendszert egyetlen baktériumba egyesítsék, majd előkészítsék a preklinikai tesztelést.

Nemzetközi együttműködés a rák elleni harcban

A projekt Bahram Zargar PhD‑hallgató munkájával indult, Dr. Ingalls és Dr. Pu Chen felügyelete alatt. A kutatás az egyetem mérnöki, matematikai és élettudományi szakembereinek együttműködésével zajlik, és célja, hogy a laboratóriumi eredményekből valódi orvosi megoldások szülessenek.

A Waterloo csapat együtt dolgozik a torontói CREM Co Labs kutatóival is, amelyet Dr. Zargar társalapítóként vezet. A projektben részt vesz Dr. Sara Sadr is, aki korábban a Waterloo doktori hallgatója volt, és kulcsszerepet játszott a fejlesztés előmozdításában.

Miért érdekes ez Magyarországon?

Magyarországon évente több tízezer új daganatos megbetegedést diagnosztizálnak, így minden olyan innováció, amely a jövőben hatékonyabb, célzottabb és kevesebb mellékhatással járó kezelést kínálhat, kiemelt figyelmet kap. A baktériumalapú terápiák különösen ígéretesek lehetnek a nehezen kezelhető, oxigénszegény tumorok esetében – ilyenek például bizonyos vastagbél-, hasnyálmirigy‑ vagy emlődaganatok.