علماء يبتكرون بكتيريا تهاجم أورام السرطان من الداخل باستخدام تقنيات متطورة

🧬 ملخص مختصر: ابتكار علمي جديد لعلاج السرطان باستخدام البكتيريا

طور فريق من الباحثين في جامعة واترلو علاجًا مبتكرًا للسرطان يعتمد على هندسة بكتيريا Clostridium sporogenes لتستهدف جوهر الأورام الصلبة الذي يفتقر للأكسجين. هذه البكتيريا يمكنها البقاء على قيد الحياة والتكاثر في بيئة خالية من الأكسجين، مما يسمح لها باستهلاك خلايا الورم من الداخل. إضافة إلى ذلك، تم تعديل البكتيريا جينيًا لزيادة تحملها للأكسجين عبر استخدام نظام quorum sensing للتحكم في تفعيل هذه الخاصية، مما يعزز سلامة العلاج واستهدافه الدقيق.

🧪 بكتيريا مُهندَسة تحارب السرطان من الداخل

الأورام الصلبة في الجسم تحتوي على مناطق مركزية تعاني من نقص الأكسجين بسبب موت الخلايا المحيط بها.

هذا النقص يخلق بيئة مناسبة لبكتيريا Clostridium sporogenes التي تعيش بطبيعتها في ظروف لا تحتوي على أكسجين.

الاستخدام الفريد لهذه البكتيريا ينبع من قدرتها على استغلال هذه البيئة المحيطة بالخلايا الميتة، مما يجعلها قادرة على الاستيطان داخل الورم والتغذية عليها، وبالتالي تقليص حجم الورم.

بحسب الباحثين:

• البكتيريا تدخل إلى الورم بوساطة الأبواغ.
• تجد بيئة غنية بالمواد الغذائية وخالية من الأكسجين.
• تتضاعف وتنمو داخل المركز الخالي من الأكسجين.
• تعمل على استهلاك التغذية الموجودة داخل الورم مما يؤدي إلى تقليل حجم الورم.

🧠 تحدي وجود الأكسجين وتأثيره على العلاج

رغم الفعالية في المناطق منخفضة الأكسجين، تواجه هذه الطريقة عقبةً عند اقتراب البكتيريا من حواف الأورام حيث يوجد كميات ضئيلة من الأكسجين.

في هذه المناطق، تموت البكتيريا بسرعة، مما يحد من قدرتها على القضاء الكامل على الورم.

🔬 تعديل جيني لتعزيز تحمل الأكسجين

للتغلب على هذه المشكلة، أضاف الباحثون جينًا من نوع آخر من البكتيريا يستطيع تحمل بيئات تحتوي على الأكسجين.

هذا التعديل الجيني يوسّع من قدرة البكتيريا على البقاء وتدمير الورم حتى في المناطق التي تحتوي على كمية قليلة من الأكسجين.

🩺 التحكم الذكي عبر نظام Quorum Sensing

انطلاقًا من ضرورة سلامة العلاج، وضع الباحثون آلية دقيقة للتحكم في تفعيل جين تحمل الأكسجين.

هذه الآلية تسمى quorum sensing، وتعتمد على تواصل البكتيريا الكيميائي حيث:

• تفرز البكتيريا مكونات كيميائية تتراكم بزيادة أعدادها.
• تصل شدة الإشارة إلى عتبة معينة عندما تتجمع البكتيريا داخل الورم.
• فقط عند هذه النقطة يتم تشغيل الجين الذي يمنح البكتيريا القدرة على تحمل الأكسجين.

هذه الإستراتيجية تمنع البكتيريا من النمو في مناطق الأكسجين العالي مثل الدم، ما يعزز أمان استخدام العلاج في الجسم.

🌱 استخدام علم الأحياء التركيبي في تصميم دوائر DNA

قام الفريق باستخدام تقنيات synthetic biology لبناء أنظمة جينية تشبه الدوائر الكهربائية، لكنها مركبة من أجزاء DNA تؤدي وظائف محددة.

في تجارب سابقة، برمج الباحثون البكتيريا لإنتاج بروتين متوهج (Green Fluorescent Protein) لتأكيد عمل نظام التحكم quorum sensing في اللحظة المناسبة.

هذا النهج يضمن عمل النظام الجيني بصورة متوقعة ومتناغمة مع البيئة داخل الورم.

🧬 دمج القدرات في خطوة واحدة

الخطوة القادمة في البحث هي دمج جينات تحمل الأكسجين ونظام quorum sensing بشكل متكامل في سلالة واحدة من البكتيريا، ليتم تجربتها على الأورام في الدراسات ما قبل السريرية.

🧠 التعاون متعدد التخصصات في تطوير العلاج

هذا البحث هو ثمرة تعاون بين خبراء من مجالات متعددة في جامعة واترلو بما في ذلك الهندسة الكيميائية، الرياضيات التطبيقية، وعلوم الحياة.

بدأ المشروع بقيادة طالب الدكتوراه بهرام زارع، تحت إشراف البروفيسور برايان إنغالز والدكتور بو تشن.

كما شارك في تطويره مركز أبحاث الميكروبيولوجيا البيئية ومتعاونون من شركات بحثية طبية في تورنتو.

🧪 أهمية التعاون في الابتكار الطبي

يركز هذا المشروع على الجمع بين المعرفة الهندسية والرياضية والبيولوجية لتقديم علاج متقدم يمكن أن يتحول إلى حلول علاجية عملية للسرطان.

التنسيق بين المختبرات الأكاديمية والشركات يسرع من ترجمة هذه الابتكارات إلى تجارب سريرية محتملة.

🧬 خاتمة

يسلط هذا العمل الضوء على الإمكانيات الواعدة لتقنيات البيولوجيا التركيبية في مكافحة السرطان، مع توظيف البكتيريا المعدلة وراثيًا لاستهداف مناطق الأورام التي تعاني من نقص الأكسجين.

التحكم الذكي لصفات هذه البكتيريا مثل oxygen tolerance باستخدام quorum sensing يعزز فرص نجاح هذا النهج العلاجي ويحد من مخاطره.

مع تقدم التجارب ما قبل السريرية، تبقى آمال كبيرة بأن تصبح هذه التقنية إضافة فعالة لعلاجات السرطان مستقبلاً.