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工程化细菌用于诊断早期癌症与糖尿病

来源: 发布时间:2017年06月06日

    大多数人认为细菌是我们的敌人,然而人体内寄生着数以亿万计的微生物,其中的大多数都是有益的,或者说至少是温和的。现如今我们又可以在细菌白名单中增添两位新成员。最近一周,一组合成生物学家发现一类基因改造后的细菌能够帮助检测人体内(或小鼠)的癌症以及糖尿病。

医生对微生物的研究已经有超过一百年的历史。早在1981年,美国医生William Coley向1000多名患者进行细菌接种,以期能够缩小肿瘤的体积。这一疗法有时具有明显的效果,部分原因是肿瘤组织富含多种营养,而且缺乏足够的免疫细胞,因此不能清除病原体。然而这一现象并不稳定,随着之后放射疗法与化学疗法的兴起,这一手段逐渐被抛弃了。最近,合成生物学家通过对细菌进行遗传改造并利用改造后的细菌在肿瘤组织中释放毒素。这一疗法已经部分进入了临床试验中,尽管仍未被批准。

来自美国MIT的一名生物医学工程师Sangeeta Bhatia与她的同事之前曾经使用纳米颗粒用于癌症的检测。理论上,当有肿瘤存在时,这些纳米颗粒能够释放一类小肽分子,并能够最终在尿液中被检测出来。然而实验证明这一方法产生的信号过于微弱。之后,Bhatia等人意识到细菌可能是更加有利的选择。因为细菌作为生物体能够不断地分裂与复制,从而增强信号反应。此后,Bhatia团队与来自UCSD的Jeff Hasty团队合作开始了一项癌症特异性检测菌的遗传改造的研究课题。

首先,他们利用大肠杆菌作为研究对象。经过试验,他们证明大肠杆菌在肝癌模型中寄生于肠道部位。之后,他们通过遗传改造向大肠杆菌植入LacZ报告基因,这一基因能够在细菌接触到肿瘤细胞时开始表达,从而表达大量的LacZ酶。接下来,研究者们向小鼠注射交联的化学发光底物,这一底物在LacZ存在的情况下会被切割从而释放化学发光,并汇集到小鼠的尿液中。具有这一信号的尿液样品将会由原本的黄色变为红色。另外,Bhatia等人还发现这一手段比常规显微镜更加灵敏,对于直径小于一厘米的肿瘤也能够明显检测到。

在另外一项独立的研究中,来自法国Montpellier大学的结构生物学家Jerome Bonnet等人利用相似的技术成功检测到了糖尿病的症状。主要标志为尿液中的糖类成分。

“它们都是这一领域的积极进展”,来自MIT的合成生物学家Jim Collins说到,然而这一手段里最终得到批准还有很远的距离。“这一突破证明合成生物学在治疗领域与诊断领域均具有重要的作用。”(生物谷)