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Dr. Vogelstein begann seine Forschung mit der Suche nach Beweisen für einen Tumorsuppressorgen, dessen spezifische Funktion darin bestand, als molekulares Bremssystem zu wirken und das Wachstum normaler Zellen zu verlangsamen. Er glaubte, dass Darmkrebs das Ergebnis des Verlustes dieses Gens sei, was das schnelle Wachstum kranker Zellen ermögliche. Er fand heraus, dass Krebszellen häufig defekte Chromosomen enthalten, und begann, in diesen gebrochenen Chromosomen nach Beweisen für das Tumorsuppressorgen zu suchen. Bei dieser Suche entdeckte er das Gen p53.
Das Gen p53 war bereits von anderen Forschern untersucht worden, die glaubten, es funktioniere als Onkogen, ein Gen, das sich bei Darmkrebs einschaltet, nicht eines, das ausschaltet. Dr. Vogelstein theorisierte, dass, wenn p53 wirklich ein Tumorsuppressor wäre, beide seiner Kopien (ein Gen von jedem Elternteil) „ausgeschaltet“ sein müssten, damit ein Tumor wachsen könne. Vogelstein und seine Kollegen sammelten Zellen aus einem Kolorektaltumor, der eine Kopie des p53-Gens verloren hatte. Sie entdeckten, dass in jedem Fall die andere Kopie eine Mutation enthielt, die die Fähigkeit des Gens, Tumore zu unterdrücken, effektiv abschaltete. Diese Mutation war bei krebsfreien Menschen nie erkennbar.
Dr. Vogelstein und seine Mitforscher untersuchen auch eine Gruppe von Genen, die als Stabilitätsgene bezeichnet werden und die Mutationsrate anderer Gene kontrollieren. Wenn diese Gene genetisch verändert sind, sammelt die Zelle Mutationen in hoher Rate an, und das Wachstum von Darmtumoren wird beschleunigt. Einige Stabilitätsgene, die sie als wichtig für Darmkrebs entdeckt haben, sind MSH2 und MSH6 (bekannt als „Mismatch-Reparatur-Gene“) und BUBR1, dessen Veränderung große Chromosomenanomalien verursachen kann.
Dr. Vogelstein hat auch die Mutationen in den Signalwegen der adenomatösen Polyposis coli (APC) untersucht, die zu Darmtumoren führen. Die von diesem Tumorsuppressorgen produzierten Proteine bestimmen, ob eine Zelle zu einem Tumor wird. Patienten mit erblichen APC-Mutationen werden höchstwahrscheinlich gutartige Darmtumore entwickeln; Vogelstein untersucht, wie andere Mutationen interagieren, um diese in bösartige Tumore zu verwandeln. Er hat bereits einen hochsensitiven Bluttest entwickelt, um Patienten mit den erblichen APC-Mutationen sowie den aforementioned Mismatch-Reparatur-Genen zu identifizieren.
Die genetischen Tests, die von Dr. Vogelstein und seinem Team als Ergebnis seiner Forschung entwickelt wurden, können Familienmitglieder identifizieren, die eine Veranlagung für die ererbten Formen von Darmkrebs haben. In Kombination mit genetischer Beratung und engmaschiger Überwachung durch einen Onkologen können diese diagnostischen Tests Familien Seelenfrieden geben und zu einer Früherkennung von Darmkrebs führen.
Dr. Vogelstein glaubt, dass Todesfälle durch Darmkrebs fast immer verhindert werden können, wenn sie vor der Metastasierung (Krebsausbreitung) erkannt werden. Er hat einen Test entwickelt, der effizient Zehntausende von DNA-Molekülen auf Mutationen in den APC- und anderen Genen durchsuchen kann, genannt BEAMing (für Perlen, Emulsionen, Amplifikationen, Magnetismus – die vier Komponenten des Tests).
Dr. Vogelstein nutzt seine genetische Forschung auch, um neue, hochwirksame Chemotherapiebehandlungen für sowohl frühe als auch fortgeschrittenen Darmkrebs zu entwickeln, die Mutationen entlang der genetischen Signalwege verhindern.
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