如今，通过设计细菌，可以使其对特定代谢物或病原体做出反应，以此来检测疾病。在 8 月 10 日发表于Science的一项新研究中，研究人员通过改造天然活性的贝氏不动杆菌（Acinetobacter baylyi）来检测结直肠癌 (CRC) 细胞、类器官和肿瘤基因组中的供体 DNA。

（来源：Science）

基因是遗传的基本单位。基因转移是基因从一个细胞传递到另一个细胞的过程。

基因可能垂直转移，也可能水平转移。垂直转移是由繁殖来完成的；水平遗传是指 DNA 在亲代遗传之外的不相关细胞之间传递，例如，人和水仙有 15% 相同的基因。

基因水平转移在微生物世界中相当普遍。有能力的细菌可以对附近的环境进行采样——吸收游离的 DNA，并在此过程中获得可能为它们提供优势的基因。

研究人员由此推测，如果细菌可以吸收 DNA，并且癌症是通过其 DNA 的变化在遗传学上定义的，那么从理论上讲，细菌可以被改造来检测癌症。

团队设计了一种叫做贝氏不动杆菌的细菌作为生物传感器——一种疾病检测细胞。这种细菌通常是非致病性的，而且它天然能够通过水平基因转移吸收 DNA，是天然感受态细菌。

基于其本身的特性，研究人员进一步改造，使其仅当吸收了特定癌基因中含有与癌症相关的突变的 DNA（而非其野生型对应物）时才对特定药物产生耐药性。

具体来说，团队修改了A. baylyi的基因组，使其含有长 DNA 序列，与要捕获的人类癌症基因中发现的 DNA 序列是镜像的。这样一来，这些“互补”的 DNA 序列起到了粘性着陆垫的作用——当特定的肿瘤 DNA 被细菌吸收时，它更有可能整合到细菌基因组中。

整合并固定肿瘤 DNA 非常重要。在此过程中，可以激活其他整合基因（在本例中是抗生素抗性基因），作为检测到的癌症的信号。该信号的工作原理如下：如果细菌可以在充满抗生素的培养板上生长，那么它们的抗生素抗性基因就会被激活，由此检测出癌症。

研究人员进行了一系列实验，将这种新型细菌生物传感器和肿瘤细胞放在不同的、由简单到复杂的系统中。

最初，让该生物传感器去检测纯化的肿瘤 DNA，结果成功了；接着，让该生物传感器与活肿瘤细胞一起生长，它再次检测到肿瘤 DNA。

研究人员将该生物传感器注入有或没有肿瘤的活体小鼠体内，最后发现，患有肿瘤的小鼠组中细菌可以在含有抗生素平板上生长。完美区分了患有和未患有肿瘤的小鼠。

在这项研究之后，团队又对细菌进行了进一步的改造。

如今，该生物传感器可以区分肿瘤 DNA 内的单碱基对的变化，从而对其检测和靶向基因的方式进行微调。研究人员将这项技术命名为 CATCH：用于靶向、CRISPR 识别的水平基因转移的细胞测定（cellular assay for targeted, CRISPR-discriminated horizontal gene transfer）。

研究人员表示， CATCH 前景广阔。“该技术使用游离 DNA 作为输入，从而用于检测一系列不同的疾病，特别是感染和癌症。”

然而，它尚未准备好用于临床。团队正在积极开展后续工作，来提高 DNA 检测的效率。另外，与其他诊断测试相比，将对该生物传感器的性能进行更严格的评估，同时还要确保患者和环境的安全。

基于这项研究，可以对生物传感器进行编程，以便疾病信号（在本例中为特定的无细胞 DNA 序列）可以直接在实时检测到疾病的位置触发特定的生物疗法。这是此前在实验室中无法实现的。

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