Toehold-Switch basiertes Bakteriensensorsystem zum Nachweis von mikroRNA-Biomarkern für Gebärmutterhalskrebs

• Antragstellerin: Priyanka Dhakane
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520639326

Das Projekt zielt darauf ab, einen bakteriellen Biosensor für den kostengünstigen Multiplex-Nachweis von zervixkarzinomspezifischen Mikro-RNA-Biomarkern zu entwickeln. Kürzlich wurde entdeckt, dass beträchtliche Mengen extrazellulärer miRNAs mit hoher Stabilität in Körperflüssigkeiten zirkulieren. Insbesondere wurden fehlregulierte miRNA-Profile mit verschiedenen Krankheiten in Verbindung gebracht, darunter Gebärmutterhalskrebs, weshalb die miRNA-Profilierung als vielversprechende Strategie für die Krebsdiagnose, -prognose und -behandlung erforscht wird. Gebärmutterhalskrebs (CC) ist mit über 600.000 Neuerkrankungen und 340.000 Todesfällen im Jahr 2020 weltweit die häufigste, krebsbedingte Todesursache bei Frauen aus Entwicklungsländern. Zurzeit stellen Zytologie (Pap-smear) und Histopathologie die Goldstandards für den Nachweis von Dysplasien, verursacht durch das Humane Papillomavirus (HPV), und CC dar. Diese Methoden haben sich als effizient erwiesen, zeigen jedoch eine geringe Sensitivität (50 %), sind Interpretationsabhängig und benötigen geschulte Labortechniker. Dies führt zu einer eingeschränkten Zugänglichkeit für Frauen weltweit. Um die Entwicklung dieser Krankheit frühzeitig zu erkennen, ist ein einfacher und sensitiver Selbsttest erforderlich. Es hat sich gezeigt, dass die zervikale Vaginalflüssigkeit (CVF) eine hohe Zahl an stabilen (durchschnittlich 5 Tage) miRNA-Biomarkern enthält, was sie ideal für die Krankheitsdiagnose macht. In dieser Studie werde ich miR-126-3p, mi-20b-5p, mi-451a und mi-144-3p nachweisen, die in CC signifikant hochreguliert sind (2 - 3 Größenordnungen) und nachweislich etwa 90 % Sensitivität bei der Erkennung von zervikalen Läsionen und Neoplasien aufweisen. Um dies zu erreichen wird ein E. coli-Stamm mit vier Toehold-Switches, spezifisch für die Ziel-miRNA-Sequenzen, konstruiert. Sobald die Ziel-miRNA an den Toehold-Switch bindet, wird die Expression eines Reporterproteins ermöglicht. Wirksamkeit und Nachweisgrenze des bakteriellen Biosensors werden mit synthetischen miRNAs getestet. Um den bakteriellen Biosensor für den Direktnachweis von miRNAs aus der CVF anzupassen, sollen gentechnisch veränderte Bakterien in einem Tampon-ähnlichen Gerät eingekapselt werden. Neben Krebs treten fehlregulierte miRNA-Profile auch bei einer Vielzahl anderer Krankheiten auf. Jedoch wurden miRNAs bisher nicht mit bakteriellen Systemen nachgewiesen, weshalb diese neuartige Sensorstrategie eine Verbesserung der Anwendbarkeit bakterieller Biosensoren für die Krankheitsdiagnostik darstellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen