Harvard Tıp Okulu’nun Wyss Enstitüsü araştırmacıları, bağırsaklarda hastalık belirtilerini algılayıp bildiren biyo-sensörleri tanımlamak için etkili ve ameliyat gerektirmeyen bir yöntem geliştirdiler. Araştırmacılara göre bağırsak mikrobiyomunun işleyişine dair bilgimiz hala çok sınırlı. Bu da yaşayan bakterilerden biyo-sensörler elde etmeye yönelik geniş ölçekli çalışmaları engelliyor. Yeni çalışma, bakterilerde bağırsaklarda gerçekleşen farklı sinyallere tepki veren genetik unsurları tanımlamak için önemli bir altyapı teşkil edecek ve bakterileri kullanarak karmaşık sinyal kanalları oluşturup onların hastalıkları bulup çıkarmalarına, hatta uzun dönemde tedavi etmelerine imkan tanıyabilecek.
Bu yeni platform, Wyss üyelerinden Doç. Dr. Pamela Silver tarafından tasarlanan bir genetik devreyi temel alıyor. Bu devre bir virüsten elde edilen “bellek unsuru” ve sentetik olarak üretilen “tetik unsurundan” oluşuyor. Bunlar birlikte çalışarak daha önce belirlenmiş bir dış etkinin (ilk çalışmalarda deaktive edilmiş tetrasiklin grubu bir antibiyotiğin) varlığını algılayıp kaydedebiliyorlar. Sentetik devre, E.coli bakterisinin genomlarına entegre edilerek, daha önce tetrasiklik verilmiş canlı farelere yerleştirildi. Antibiyotikle tetiklenen bakteriyel devre, bellek öğesini tıpkı bir düğme gibi aktif hale getirerek bir hafta boyunca açık tuttu.
Böylece bakteri, tetrasiklin varlığını hatırlayabildi. “Açık” sinyali daha sonra hayvanların dışkılarından zararsız yöntemlerle analiz edilebildi. Doç. Dr. Pamela Silver tarafından tasarlanan sentetik genetik devre, biri bellek, diğeri ise tetik olan iki bileşenden oluşuyor. Bu yapı bağırsaklarda hedeflenen hastalıkların tespit edilmesine ve uzun dönemde tedavi edilmesine yardımcı olabilecek. Ekip daha sonra, bu devrenin canlı farelerin bağırsaklarında doğal olarak oluşan tetratiyonat molekülünü 6 ay boyunca algılamak üzere ayarlanabileceğini gösterdi. Böylece sistemin uzun dönemde hastalık evrelerini tanılamak amacıyla kullanılabileceği kanıtlandı. Araştırmacılar farklı tetik unsuları ile daha farklı hastalıkları da algılamak için çalışmalara başladılar.
Öncelikle genetik devreye bir antibiyotik direnç geni eklendi. Bu gen, bellek unsuru “açık” konuma geldiğinde aktifleşip bakterinin spektinomisin antibiyotiğine maruz kaldığında tetiklenmeyi “hatırlamasını” ve korunmasını sağlıyordu. Yeni devre tasarımlarını birçok moleküler sinyal ile test eden ekip, her biri bir bellek ve bir tetik unsuruna sahip birçok E.coli bakterisinden oluşan bir kütüphane oluşturdu. Bu bakteri kütüphanesi canlı farelere enjekte edilerek tetik unsurlarının bağırsaktaki hangi maddeler tarafından uyarıldığı gözlemlendi. Farenin dışkı örneklerinden elde edilen bakteriler spektinomisin bulunan bir ortamda büyütüldüklerinde, bellek unsurlarının farenin içinden geçerken aktif duruma geçmiş oldukları gözlendi. Yani bu bakteriler, farenin bağırsaklarına özel koşullarda sensör görevi görebiliyorlardı.
Araştırmacılar bu deneyi daha sınırlı bir E.coli kütüphanesiyle tekrarladılar. Bu kütüphanedeki tetik unsurları, iltihaplanmaya duyarlı idi.Bunların birçoğu daha fareye geçiş sırasında aktif hale geldi. Kütüphane bağırsak iltihabı olan fareye enjekte edildiğinde özellikle bir bakterinin bu fareye sağlıklı bir fareden çok daha güçlü bellek tepkisi verdiği görüldü. Bu da sentetik devrenin iltihaba yol açan biyomolekülleri başarıyla kaydedip “hatırlayabildiğini” doğrulamış oldu. Wyss Kurucu Müdürü Dr. Donald Ingber, “Silver ve ekibi tarafından kaydedilen ilerlemeler, genetik mühendislik sayesinde manipüle edilen canlı hücresel cihazların düşük maliyetli teşhisi açısından yepyeni bir yaklaşım sunuyor. Bu yaklaşım, biyolojik sistemlerle etkileşme ve kontrol yöntemlerimizi kökünden değiştirme potansiyeline sahip” diyor.