基因改造细菌又建奇功，有望革新早期肠癌检测

近年来，细菌作为检测工具的应用逐渐增加。阿得莱德大学（The University of Adelaide）与加州大学圣地牙哥分校（University of California-San Diego，UCSD）携手合作，透过生物工程改造细菌，成功创造出一种能够检测出大肠癌细胞突变 DNA 的细菌，具有辨识细胞外特定 DNA 序列和基因突变的能力。这项研究论文发表于《Science》期刊，或许将在未来提供另一种方法，除了粪便潜血检查之外，还可以利用这些细菌检测肿瘤 DNA。

霍乱致病细菌通过形成生物膜捕食人类免疫细胞（基因线上国际版）

生物界中跨物种的基因传递现象

基因转移（Gene transfer）是指基因从一个生物体传播到另一个生物体的过程。基因可以透过不同的机制在生物体间转移，其中之一就是基因水平转移（Horizontal Gene Transfer，HGT）。HGT 的过程不是经由父母遗传，而是透过非繁殖性的机制，将基因传递到不同生物体。

HGT 可以发生在原核生物（细菌和古细菌）之间，也可以在原核生物与真核生物之间发生。一般的转移机制是，细菌吸收周围环境中的游离 DNA 片段，这些片段可能来自其他细菌死亡后的释放，或者通过其他机制产生。被吸收的片段可以整合到接受细菌的基因组中，从而引发新的基因表达和特征。这种能力被称为自然能力（Natural competence），使得细菌能够吸收新的遗传物质，进而增强其竞争优势。

基因改造细菌的诞生，成为癌症生物传感器

加州大学圣地牙哥分校合成生物学研究所科学家，同时也是这篇论文共同第一作者 Robert Cooper 认为细菌可以摄取 DNA，而癌症是通过 DNA 的变化来定义。结合上述两项特质，细菌就可以被设计用来检测癌症。研究团队选用能够从环境中撷取并整合 DNA 的鲍氏不动杆菌（Acinetobacter baylyi）作为癌症检测的细菌，透过 CRISPR 技术对其基因组进行修改，加入与人类癌症基因相似的长 DNA 序列。这些序列具有互补性，可以与目标 DNA 序列进行双股结合，当特定的肿瘤 DNA 被细菌吸收时，更容易被整合到细菌的基因组中。当 DNA 互补后，细菌的抗生素抗性基因会被活化，能够作为侦测癌症的信号。当细菌能够生长在含有抗生素的培养皿上，意味着检测到了癌症的存在。

CRISPR 技术改造细菌助力早期肠癌检测

起初，研究团队将经过改造的鲍氏不动杆菌与纯化的肿瘤 DNA 进行交互作用，确认了这些细菌能够检测目标 DNA。接着，将这些经过改造的细菌与活体肿瘤细胞一同培养，同样证实了它们能够检测到肿瘤 DNA 的存在。最后，将这些改造细菌注射到两组实验小鼠体内，其中一组患有肿瘤，另一组则无。经过数周的观察，研究团队发现改造细菌能够完美区分出患有大肠癌和未患癌症的小鼠。

除了这项突破性成果外，基因改造细菌亦可以辨识肿瘤 DNA 中单一碱基对的变化，借此提高检测的精确度。团队将这项技术命名为标靶 CRISPR 区分水平基因转移的细胞测定（Cellular Assay for Targeted CRISPR-discriminated Horizontal gene tranfer，CATCH），期望能够借助新技术及早发现大肠直肠癌，从而减低死亡率。

革新大肠直肠癌检测技术，将成降低死亡率关键所在

在我国，每年大肠直肠癌的患者数量急速攀升。根据卫生福利部国民健康署的数据，2020 年大肠癌在每 10 万人中发生发生率中名列第二，以新发生个案数计算更是高居榜首。然而，若能及早发现并进行适切的治疗，这种癌症的治愈率相当高。研究团队经过临床前试验后，证实这项生物传感技术能够毫无误差地区分临床前模型中的大肠直肠癌患者与非患者，这一创新技术不仅在合成生物学上取得了重大突破，同时为大肠直肠癌患者带来了崭新的检测方法。

该研究的共同第一作者，阿德莱德大学医学院的副教授 Susan Woods 指出，“希望这次成功的研究能够为未来筛检更难检测的癌症提供应用基础。”而这项研究成果将有助于生物工程师、科学家和临床医师实现这一目标，希望未来能够达到减低大肠直肠癌死亡率的愿景。

延伸阅读：合成生物学，改写生物医药的跨领域新星

参考资料：
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&e xt=.pdf