Hacking bacteria to fight cancer - Tal Danino

Переводчик: Anna Pecot Редактор: Rostislav Golod

In 1884, a patient’s luck seemed to go from bad to worse.

В 1884 году состояние одного больного продолжало ухудшаться.

This patient had a rapidly growing cancer in his neck,

У него стремительно разрасталась опухоль шеи,

and then came down with an unrelated bacterial skin infection.

и в добавок ко всему ещё появилась бактериальная инфекция кожи.

But soon, something unexpected happened:

Но вскоре случилось нечто непредвиденное:

as he recovered from the infection, the cancer also began to recede.

инфекция начала отступать, а вместе с ней уменьшилась и раковая опухоль.

When a physician named William Coley tracked the patient down 7 years later,

И когда через семь лет врач Вильям Коли осмотрел этого пациента,

no visible signs of the cancer remained.

он не обнаружил видимых следов опухоли.

Coley believed something remarkable was happening:

Коли заподозрил, что произошло нечто совершенно удивительное:

that the bacterial infection had stimulated the patient’s immune system

бактериальная инфекция активировала иммунную систему больного,

to fight off the cancer.

и организм оказался в состоянии побороть рак.

Coley’s fortunate discovery led him to pioneer

Cделав это невероятное открытие,

the intentional injection of bacteria to successfully treat cancer.

Коли начал специально вводить в организм онкобольных бактерии для борьбы с раком.

Прошло более ста лет, и специалисты в области синтетической биологии

Over a century later, synthetic biologists have found an even better way

придумали новый, более эффективный способ

to use these once unlikely allies—

задействовать этих неожиданных помощников,

by programming them to safely deliver drugs directly to tumors.

запрограммировав их доставлять медикаменты прямо в опухоль.

Cancer occurs when normal functions of cells are altered,

Рак образуется, когда нарушается механизм деления клеток,

causing them to rapidly multiply and form growths called tumors.

в результате чего они начинают бесконтрольно размножаться

и появляются опухоли.

Treatments like radiation, chemotherapy, and immunotherapy

Основные методы лечения рака,

такие как лучевая терапия, химиотерапия и иммунотерапия,

attempt to kill malignant cells, but can affect the entire body

направлены на уничтожение злокачественных клеток,

но попутно разрушают и здоровые ткани

and disrupt healthy tissues in the process.

и таким образом наносят вред всему организму.

However, some bacteria like E. coli

Однако некоторые бактерии, например, кишечная палочка, или E. coli,

have the unique advantage of being able to selectively grow inside tumors.

обладают уникальной способностью выборочно размножаться внутри опухолей.

In fact, the core of a tumor forms an ideal environment

И действительно, ядро опухоли представляет для них идеальную среду,

where they can safely multiply, hidden from immune cells.

в которой бактерии могут расти, не опасаясь атаки иммунной системы.

Instead of causing infection,

Поэтому, вместо того, чтобы инфицировать весь организм,

bacteria can be reprogrammed to carry cancer-fighting drugs,

бактерии могут быть запрограммированы для доставки противоопухолевых препаратов,

acting as Trojan Horses that target the tumor from within.

то есть, подобно троянскому коню, уничтожат опухоль изнутри.

This idea of programming bacteria to sense and respond in novel ways

Данная идея запрограммировать бактерии для распознавания болезней и борьбы с ними

is a major focus of a field called Synthetic Biology.

легла в основу научного направления, которое называется синтетическая биология.

But how can bacteria be programmed?

Каким же образом можно запрограммировать бактерии?

The key lies in manipulating their DNA.

Делается это путём манипуляций с ДНК.

By inserting particular genetic sequences into bacteria,

Вводя в бактерии определённую последовательность нуклеотидов,

they can be instructed to synthesize different molecules,

биологи стимулируют синтез различных молекул,

including those that disrupt cancer growth.

в том числе молекул, блокирующих рост раковых клеток.

They can also be made to behave in very specific ways

Бактерии также могут быть запрограммированы

на определённый алгоритм действий —

with the help of biological circuits.

делается это с использованием биологических схем.

These program different behaviors depending on the presence, absence,

При этом поведение бактерий регулируется

наличием, отсутствием или сочетанием конкретных факторов.

or combination of certain factors.

For example, tumors have low oxygen and pH levels

Например, злокачественные опухоли отличаются низким уровнем кислорода и pH

and over-produce specific molecules.

и вырабатывают большое количество специфических молекул.

Synthetic biologists can program bacteria to sense those conditions,

Специалисты в области синтетической биологии

могут запрограммировать бактерии на узнавание этих факторов

and by doing so, respond to tumors while avoiding healthy tissue.

и конкретную программу действий

по отношению к опухоли, не затрагивая при этом здоровых тканей.

One type of biological circuit,

Один из видов биологических схем

known as a synchronized lysis circuit, or SLC,

называется синхронизированная схема бактериального лизиса, или SLC,

allows bacteria to not only deliver medicine,

благодаря которой бактерии не прост доставляют медикаменты,

but to do so on a set schedule.

но делают это по определённому графику.

First, to avoid harming healthy tissue,

Во-первых, чтобы не нанести вреда здоровым тканям,

production of anti-cancer drugs begins as bacteria grow,

выработка противораковых препаратов начинается только по мере роста бактерий,

which only happens within the tumor itself.

а это происходит лишь внутри опухоли.

Next, after they’ve produced the drugs,

Затем сразу после выработки терапевтических препаратов

a kill-switch causes the bacteria to burst

бактерии получают команду к самоуничтожению —

when they reach a critical population threshold.

происходит это при достижении бактериями критической массы.

This both releases the medicine and decreases the bacteria’s population.

При этом высвобождаются противораковые препараты, а колонии бактерий сокращаются.

However, a certain percentage of the bacteria remain alive

Однако определённый процент живых бактерий всё же остаётся —

to replenish the colony.

благодаря им разрастается новая колония.

Eventually their numbers grow large enough to trigger the kill switch again,

В конце концов и эта колония достигает критической массы

и точно так же самоуничтожается.

and the cycle continues.

Этот цикл повторяется снова и снова.

This circuit can be fine-tuned to deliver drugs

Данную схему можно настроить на доставку медикаментов

on whatever periodic schedule is best to fight the cancer.

в соответствии с графиком,

который наиболее подходит для конкретного вида рака.

This approach has proven promising in scientific trials using mice.

Этот метод уже оказался успешным

при проведении клинических испытаний на мышах.

Not only were scientists able to successfully eliminate lymphoma tumors

Учёные не только смогли устранить лимфатические опухоли,

injected with bacteria,

введённые вместе с бактериями, —

but the injection also stimulated the immune system,

благодаря инъекции бактерий, иммунные клетки

priming immune cells to identify and attack untreated lymphomas

научились распознавать и атаковать злокачественные клетки,

elsewhere in the mouse.

оставшиеся в организме мышей.

Unlike many other therapies,

В отличие от других видов противоопухолевой терапии,

bacteria don’t target a specific type of cancer,

действие бактерий направлено не на конкретные виды рака,

but rather the general characteristics shared by all solid tumors.

а на солидные образования, объединённые общими характеристиками.

Nor are programmable bacteria limited to simply fighting cancer.

Более того, запрограммированные бактерии не только борются с раком —

Instead, they can serve as sophisticated sensors

они являются некими усовершенствованными датчиками,

that monitor sites of future disease.

способными отслеживать образование в организме новых патологий.

Safe probiotic bacteria could perhaps lie dormant within our guts,

Безопасные пробиотики могли бы оставаться в кишечнике в латентном состоянии,

откуда они активировались бы

where they’d detect, prevent, and treat disorders

для обнаружения, предупреждения и лечения болезней

before they have the chance to cause symptoms.

до того, как появятся какие-либо симптомы.

Advances in technology have created excitement around a future

Благодаря прогрессу в развитии современных технологий

открылись потрясающие возможности в сфере персонализированной медицины,

of personalized medicine driven by mechanical nanobots.

важную роль в которой будут играть механические нанороботы.

But thanks to billions of years of evolution

Но благодаря миллиардам лет эволюции

we may already have a starting point

человечество, возможно, уже начало постигать

in the unexpectedly biological form of bacteria.

неизведанный биологический потенциал бактерий.

Add synthetic biology to the mix,

А если применить к ним достижения синтетической биологии,

and who knows what might soon be possible.

кто знает, на что мы окажемся способны в ближайшей перспективе.