人工細菌用于代謝疾病診療

美國生物藥物公司?Synlogic?在2017年8月正式登陸納斯達克資本市場，其重點業(yè)務是利用合成生物學遺傳改造益生菌來治療代謝疾病、炎癥和癌癥等。Synlogic?對益生菌進行基因改造后開發(fā)的?SYNC1618?被美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）認定為治療苯丙酮尿癥（PKU）的孤兒藥。Synlogic?還發(fā)起了尿素循環(huán)障礙（UCD）合成生物學治療藥品的人體臨床試驗，以驗證人工細菌的治療潛力。

哥倫比亞大學研發(fā)了腸道活細菌“記錄儀”，可以實現(xiàn)腸道內(nèi)多種代謝物的檢測。該團隊改造了一段?DNA?質(zhì)粒，使其在腸道微生物宿主中響應外部信號時可以創(chuàng)建更多的自身拷貝，同時使用另一個獨立的表達?CRISPR-Cas?系統(tǒng)組件的質(zhì)粒驅(qū)動記錄儀和標記時間。在沒有外部信號的情況下，只有記錄質(zhì)?；顒?，細胞把這些間隔序列拷貝插入基因組?CRISPR?位點。當添加外部信號時，另一質(zhì)粒也被激活，其序列也被插入至?CRISPR?位點。這樣，混合而成的背景序列就富含了時間和信號信息。研究人員可以通過檢查細菌的各個?CRISPR?位點，用計算機工具讀取細菌都經(jīng)歷了什么。文章證明，該系統(tǒng)至少能處理?3?個同步信號并儲存宿主腸道中?3?天的數(shù)據(jù)信息。

麻省理工學院團隊研發(fā)了由活細胞傳感器和超低功率微型電子器件組成的可吞入診斷工具。通過表達特定基因線路的有益大腸桿菌，細菌在遇到血紅素后立即表達發(fā)光蛋白，以檢驗消化道出血。細菌位于被半透膜覆蓋的定制傳感器上，這種膜可以允許周圍小分子透過，但不會泄露細菌。在盛放細菌的?4?個小皿下面是一個光電晶體管，用于測量細菌的產(chǎn)光量，并將數(shù)據(jù)傳遞給微處理器，再通過無線電發(fā)送給附近的計算機或智能手機。研究人員專門開發(fā)了一款?Android?應用程序用來分析這些數(shù)據(jù)。當傳感器通過胃部時，內(nèi)部細菌就能一路捕獲目標標志物。傳感器總長僅約?3.8?cm，運行功率約?13?μW；目前在大型哺乳動物豬身上已證明了傳感器的有效性。該團隊還另外設計了響應炎癥標志物的其他傳感器。

人工細菌用于抵抗瘧原蟲

瘧疾由瘧原蟲這種單細胞生物寄生誘發(fā)，瘧原蟲通過受感染的雌性按蚊叮咬傳至人類。因此，對按蚊的控制被認為是預防瘧疾的重要手段。中國科學院上海植物生理生態(tài)研究所等發(fā)現(xiàn)一種沙雷氏菌屬（Serratia）的新菌株?AS1?能在按蚊中進行持續(xù)跨代傳播，并成功地人工構(gòu)建出能同時分泌表達?5?個抗瘧基因的菌株，能夠有效減少?92%—93%?的瘧原蟲卵囊。通過高效驅(qū)動抗瘧效應分子快速散播到整個蚊群中，能夠使按蚊成為無效的瘧疾媒介，實現(xiàn)從源頭上阻斷瘧疾傳播。