近年來，細菌作為檢測工具的應用逐漸增加。阿得萊德大學（The University of Adelaide）與加州大學聖地牙哥分校（University of California-San Diego，UCSD）攜手合作，透過生物工程改造細菌，成功創造出一種能夠檢測出大腸癌細胞突變 DNA 的細菌，具有辨識細胞外特定 DNA 序列和基因突變的能力。這項研究論文發表於《Science》期刊，或許將在未來提供另一種方法，除了糞便潛血檢查之外，還可以利用這些細菌檢測腫瘤 DNA。
霍亂致病細菌通過形成生物膜捕食人類免疫細胞（基因線上國際版）生物界中跨物種的基因傳遞現象
基因轉移（Gene transfer）是指基因從一個生物體傳播到另一個生物體的過程。基因可以透過不同的機制在生物體間轉移，其中之一就是基因水平轉移（Horizontal Gene Transfer，HGT）。HGT 的過程不是經由父母遺傳，而是透過非繁殖性的機制，將基因傳遞到不同生物體。
HGT 可以發生在原核生物（細菌和古細菌）之間，也可以在原核生物與真核生物之間發生。一般的轉移機制是，細菌吸收周圍環境中的游離 DNA 片段，這些片段可能來自其他細菌死亡後的釋放，或者通過其他機制產生。被吸收的片段可以整合到接受細菌的基因組中，從而引發新的基因表達和特徵。這種能力被稱為自然能力（Natural competence），使得細菌能夠吸收新的遺傳物質，進而增強其競爭優勢。
基因改造細菌的誕生，成為癌症生物感測器
加州大學聖地牙哥分校合成生物學研究所科學家，同時也是這篇論文共同第一作者 Robert Cooper 認為細菌可以攝取 DNA，而癌症是通過 DNA 的變化來定義。結合上述兩項特質，細菌就可以被設計用來檢測癌症。研究團隊選用能夠從環境中擷取並整合 DNA 的鮑氏不動桿菌（Acinetobacter baylyi）作為癌症檢測的細菌，透過 CRISPR 技術對其基因組進行修改，加入與人類癌症基因相似的長 DNA 序列。這些序列具有互補性，可以與目標 DNA 序列進行雙股結合，當特定的腫瘤 DNA 被細菌吸收時，更容易被整合到細菌的基因組中。當 DNA 互補後，細菌的抗生素抗性基因會被活化，能夠作為偵測癌症的信號。當細菌能夠生長在含有抗生素的培養皿上，意味著檢測到了癌症的存在。
CRISPR 技術改造細菌助力早期腸癌檢測
起初，研究團隊將經過改造的鮑氏不動桿菌與純化的腫瘤 DNA 進行交互作用，確認了這些細菌能夠檢測目標 DNA。接著，將這些經過改造的細菌與活體腫瘤細胞一同培養，同樣證實了它們能夠檢測到腫瘤 DNA 的存在。最後，將這些改造細菌注射到兩組實驗小鼠體內，其中一組患有腫瘤，另一組則無。經過數週的觀察，研究團隊發現改造細菌能夠完美區分出患有大腸癌和未患癌症的小鼠。
除了這項突破性成果外，基因改造細菌亦可以辨識腫瘤 DNA 中單一鹼基對的變化，藉此提高檢測的精確度。團隊將這項技術命名為標靶 CRISPR 區分水平基因轉移的細胞測定（Cellular Assay for Targeted CRISPR-discriminated Horizontal gene tranfer，CATCH），期望能夠借助新技術及早發現大腸直腸癌，從而減低死亡率。
革新大腸直腸癌檢測技術，將成降低死亡率關鍵所在
在我國，每年大腸直腸癌的患者數量急速攀升。根據衛生福利部國民健康署的數據，2020 年大腸癌在每 10 萬人中發生發生率中名列第二，以新發生個案數計算更是高居榜首。然而，若能及早發現並進行適切的治療，這種癌症的治癒率相當高。研究團隊經過臨床前試驗後，證實這項生物感測技術能夠毫無誤差地區分臨床前模型中的大腸直腸癌患者與非患者，這一創新技術不僅在合成生物學上取得了重大突破，同時為大腸直腸癌患者帶來了嶄新的檢測方法。
該研究的共同第一作者，阿德萊德大學醫學院的副教授 Susan Woods 指出，「希望這次成功的研究能夠為未來篩檢更難檢測的癌症提供應用基礎。」而這項研究成果將有助於生物工程師、科學家和臨床醫師實現這一目標，希望未來能夠達到減低大腸直腸癌死亡率的願景。
延伸閱讀：合成生物學，改寫生物醫藥的跨領域新星參考資料：
1. https://www.hpa.gov.tw/Pages/Detail.aspx?nodeid=621&pid=1136
2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf3974
3. http://cht.a-hospital.com/w/基因水平转移
4. https://theconversation.com/genetically-engineered-bacteria-can-detect-cancer-cells-in-a-world-first-experiment-211201
5. https://www.adelaide.edu.au/newsroom/news/list/2023/08/11/engineering-bacteria-to-detect-cancer-dna
6. https://www.hpa.gov.tw/Pages/Detail.aspx?nodeid=615&pid=1126
7. https://www.gender.ey.gov.tw/GecDB/Common/FileDownload.ashx?sn=Y!LVifTNMYcrHnaFfHs0sw%40%40&ext=.pdf
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