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的?SYNC1618?被美國食品藥品監督管理局（FDA）認定為治療苯丙酮尿癥（PKU）的孤兒藥。Synlogic?還發起了尿素循環障礙（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。

哥倫比亞大學研發了腸道活細菌“記錄儀”，可以實現腸道內多種代謝物的檢測。該團隊改造了一段?DNA?質粒，使其在腸道微生物宿主中響應外部信號時可以創建更多的自身拷貝，同時使用另一個獨立的表達?CRISPR-Cas?系統組件的質粒驅動記錄儀和標記時間。在沒有外部信號的情況下，只有記錄質粒活動，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歷了什么。文章證明，該系統至少能處理?3?個同步信號并儲存宿主腸道中?3?天的數據信息。

麻省理工學院團隊研發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，用于測量細菌的產光量，并將數據傳遞給微處理器，再通過無線電發送給附近的計算機或智能手機。研究人員專門開發了一款?Android?應用程序用來分析這些數據。當傳感器通過胃部時，內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，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研究所等發現一種沙雷氏菌屬（Serratia）的新菌株?AS1?能在按蚊中進行持續跨代傳播，并成功地人工構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，實現從源頭上阻斷瘧疾傳播。