In 1884, a patient’s luck seemed to go from bad to worse. This patient had a rapidly growing cancer in his neck, and then came down with an unrelated bacterial skin infection. But soon, something unexpected happened: as he recovered from the infection, the cancer also began to recede. When a physician named William Coley tracked the patient down 7 years later, no visible signs of the cancer remained. Coley believed something remarkable was happening: that the bacterial infection had stimulated the patient’s immune system to fight off the cancer.
1884'te, bir hastanın şansı kötüden betere doğru ilerlemiş gibiydi. Bu hastanın boynunda hızla büyüyen bir kanser vardı, sonra da alakasız bir bakteriyel deri enfeksiyonu nedeniyle yatağa düştü. Fakat yakın zaman sonra beklenmedik bir şey oldu: Enfeksiyonu atlatır atlatmaz kanser de gerilemeye başladı. 7 yıl sonra William Coley adındaki bir hekim bu hastanın izini sürdü, kanserin gözle görülür işaretleri kalmamıştı. Coley dikkate değer bir şeylerin olduğuna inandı: Bakteriyel enfeksiyon kanserle savaşmak için hastanın bağışıklık sistemini tetiklemişti.
Coley’s fortunate discovery led him to pioneer the intentional injection of bacteria to successfully treat cancer. Over a century later, synthetic biologists have found an even better way to use these once unlikely allies— by programming them to safely deliver drugs directly to tumors.
Coley'nin şanslı keşfi, kanseri başarıyla tedavi etmek için tasarlanmış bakteri enjeksiyonuna öncülük etmesini sağladı. Yüz yıldan uzun süre sonra sentetik biyologlar bunları bir kez olasılık dışı amaçla kullanmak niyetiyle güvenli şekilde programlayarak ilaçları tümörlere taşımak için daha da iyi bir yol buldular.
Cancer occurs when normal functions of cells are altered, causing them to rapidly multiply and form growths called tumors. Treatments like radiation, chemotherapy, and immunotherapy attempt to kill malignant cells, but can affect the entire body and disrupt healthy tissues in the process.
Hücrelerin normal işleyişinin değişmesi tümör hücrelerinin hızla yayılmasına ve şekillerinin büyümesine neden olarak kanseri meydana getirir. Işın tedavisi, kemoterapi ve immunoterapi gibi tedaviler kötü huylu hücreleri öldürmeyi hedef alır ama bütün vücudu etkiler ve bu süreçte sağlıklı dokuları bozar.
However, some bacteria like E. coli have the unique advantage of being able to selectively grow inside tumors. In fact, the core of a tumor forms an ideal environment where they can safely multiply, hidden from immune cells. Instead of causing infection, bacteria can be reprogrammed to carry cancer-fighting drugs, acting as Trojan Horses that target the tumor from within. This idea of programming bacteria to sense and respond in novel ways is a major focus of a field called Synthetic Biology.
Yine de E.coli gibi bazı bakterilerin özellikle tümörlerin içinde büyüyebilmek gibi özel bir avantajları vardır. Oysa tümör çekirdeği, bağışıklık hücrelerinden saklanarak güvenle yayılabileceği ideal bir ortam oluşturur. Enfeksiyona yol açmak yerine tümörü içeriden hedefleyen Truva atı gibi hareket ederek kanserle savaşan ilaçları taşımak için yeniden programlanabilir. Algılama ve tepkiyi yeni yollarla yapmak için bakterileri programlama fikri Sentetik Biyoloji adı verilen alanının temel odak noktası.
But how can bacteria be programmed? The key lies in manipulating their DNA. By inserting particular genetic sequences into bacteria, they can be instructed to synthesize different molecules, including those that disrupt cancer growth. They can also be made to behave in very specific ways with the help of biological circuits. These program different behaviors depending on the presence, absence, or combination of certain factors. For example, tumors have low oxygen and pH levels and over-produce specific molecules. Synthetic biologists can program bacteria to sense those conditions, and by doing so, respond to tumors while avoiding healthy tissue.
Ama bakteri nasıl programlanabilir? Anahtar bakterilerin DNA'larını değiştirmede yatıyor. Özel genetik sıralamaları bakteriye yerleştirerek, kanserin büyümesini bozan hücreleri de buna dahil ederek farklı molekülleri sentezlemek için bakteriler görevlendirilir. Biyolojik devrelerin yardımıyla birçok farklı şekilde hareket etmek için oluşturulabilirler. Bunlar, varlığa, yokluğa veya çeşitli faktörlerin kombinasyonuna bağlı olarak farklı davranışlar programlarlar. Örneğin; tümörlerin az oksijeni, az pH değeri ve çok üretilen molekülleri vardır. Sentetik biyologlar bakteriyi, bu şartları algılaması amacıyla programlayabilirler, ve böyle yaparken, sağlıklı dokulardan kaçınarak tümörlere yanıt verirler.
One type of biological circuit, known as a synchronized lysis circuit, or SLC, allows bacteria to not only deliver medicine, but to do so on a set schedule. First, to avoid harming healthy tissue, production of anti-cancer drugs begins as bacteria grow, which only happens within the tumor itself. Next, after they’ve produced the drugs, a kill-switch causes the bacteria to burst when they reach a critical population threshold. This both releases the medicine and decreases the bacteria’s population. However, a certain percentage of the bacteria remain alive to replenish the colony. Eventually their numbers grow large enough to trigger the kill switch again, and the cycle continues. This circuit can be fine-tuned to deliver drugs on whatever periodic schedule is best to fight the cancer.
Senkronize hücre tahribi devresi veya SLC olarak bilinen bir tür biyolojik devre bakterinin sadece ilaç taşımasını sağlamaz aynı zamanda bunu bir zamanlamayla yapar. Öncelikle, kanser ilaçlarının üretimi sağlıklı doku zararını önlemek için sadece tümörün içinde meydana gelen bakteri büyümesi olarak başlar. İlaçlar üretildikten sonra da kritik bir yoğunluk eşiğine ulaştıklarında bir acil kapatma anahtarı bakterinin patlamasına neden olur. Bu hem ilacı salıverir hem de bakterilerin sayısını azaltır. Yine de bakterinin belli bir yüzdesi koloniyi yenilemek için canlı kalır. Neticede, bakterilerin sayısı acil kapatma anahtarını tekrar tetiklemek için yeterli miktarda artar ve döngü devam eder. Hangi periyodik program kanserle savaşmak için en uygunsa, devrenin ince ayarı ona göre ilaçları taşımak için yapılabilir.
This approach has proven promising in scientific trials using mice. Not only were scientists able to successfully eliminate lymphoma tumors injected with bacteria, but the injection also stimulated the immune system, priming immune cells to identify and attack untreated lymphomas elsewhere in the mouse.
Fare kullanılan bilimsel deneylerde, bu yaklaşımın umut verici olduğu kanıtlandı. Bilim insanları, bakteriyle birlikte enjekte edilen lenfoma tümörlerini başarıyla elemekle kalmayıp, bağışıklık hücrelerini tanılamak için olgunlaştırıp faredeki tedavi edilmemiş lenfomalara saldırtarak bağışıklık sisteminin enjeksiyonla uyarılmasını sağladılar. Birçok terapinin aksine, bakteri belirli bir kanser türünü hedef almaz
Unlike many other therapies, bacteria don’t target a specific type of cancer, but rather the general characteristics shared by all solid tumors. Nor are programmable bacteria limited to simply fighting cancer. Instead, they can serve as sophisticated sensors that monitor sites of future disease. Safe probiotic bacteria could perhaps lie dormant within our guts, where they’d detect, prevent, and treat disorders before they have the chance to cause symptoms.
ama bütün katı tümörler tarafından paylaşılan genel özellikleri hedef alır. Programlanabilir bakteri de sadece kanserle savaşmakla sınırlı değil. Onun yerine, gelecekteki hastalıkları takip eden karmaşık sensörler olarak işlev görürler. Belki de faydalı probiyotik bakteriler bağırsaklarımızda uykuda bekleyecek, ve zamanı geldiğinde hastalıkları tespit edecek, önleyecek ve hatta tedavi edecekler. Teknolojideki gelişmeler mekanik mini robotlarla işleyen
Advances in technology have created excitement around a future of personalized medicine driven by mechanical nanobots. But thanks to billions of years of evolution we may already have a starting point in the unexpectedly biological form of bacteria. Add synthetic biology to the mix, and who knows what might soon be possible.
bireyselleştirilmiş tıbbın geleceği ile ilgili heyecan yarattı. Ama milyarlarca yıllık evrimin sayesinde biyolojik bakteri türleriyle hali hazırda bir başlangıç noktamız olabilir. Sentetik biyolojiyi de karışıma ekleyin, kim bilir gelecekte neler mümkün olacak?