編輯推薦：長期以來，科學家們一直試圖將基因工程細菌引入腸道來治療疾病。在過去，這些嘗試主要集中在改造常見的實驗室菌株大腸桿菌，這種菌株無法與適應宿主的本地腸道細菌競爭。現在，來自加州大學聖地亞哥分校的一組研究人員成功地從人類和小鼠腸道微生物群中收集了大腸桿菌，並表明它們有治療糖尿病等疾病的潛力。
長期以來，科學家們一直試圖將基因工程細菌引入腸道來治療疾病。過去，這些嘗試集中在設計常見的實驗室大腸桿菌菌株，但這些菌株無法與非常適應宿主的天然腸道細菌競爭。現在，來自加利福尼亞大學聖地亞哥分校的一組研究人員成功地改造了從人類和小鼠腸道微生物組中收集的大腸桿菌，並表明它們具有治療糖尿病等疾病的潛力。這一發現於 8 月 4 日發表在《細胞》雜誌上。
「我只能對非本地細菌說祝你好運。腸道微生物組是非常動態的，並且在不斷變化，這讓非本地細菌變得更加困難，」加州大學聖地亞哥分校健康中心的胃腸病學家和該論文的高級研究員 Amir Zarrinpar 說： 「對於以前從未在哺乳動物體內生活過的細菌來說，現在進入腸道微生物群落是一個挑戰，所有這些惡劣的條件都旨在防止細菌入侵者占據上風。」
該小組通過直接工程化從宿主收集的大腸桿菌來設計解決此問題的方法。 「我們體內的細菌特別適合我們每個人：我們吃的食物種類，我們身體經歷或誘發的常見壓力，以及我們的遺傳背景，」Zarrinpar 說： 「這種不斷波動的環境是他們的常態。」這對原生細菌來說是一個很大的優勢，使它們成為工程的理想候選者。
「我們已經將這些細菌改造成了可以生活在我們的微生物組中並可能生產藥物的工廠，」Zarrinpar 說： 「我們知道大腸桿菌可以吸收致病基因並引起疾病，現在我們才意識到，如果我們將一個有益基因放入其中，它可以幫助我們治療慢性疾病，甚至可能治癒其中的一些疾病。」
該團隊首先從宿主身上採集糞便樣本並提取大腸桿菌進行進一步改造。 「我們對細菌說：嘿，我們會給你一個新的超級大國，你甚至可能無法從中受益，但我們會讓你回到你賴以生存的環境中。」
該團隊賦予這些特定細菌的超能力是一種稱為膽鹽水解酶 (BSH) 的蛋白質。在對小鼠進行一次治療後，在小鼠的整個腸道中都發現了帶有 BSH 的大腸桿菌，並且它們在宿主的整個生命周期中都保留了 BSH 活性。該小組還表明，BSH 活性能夠對小鼠的糖尿病進展產生積極影響。
與使用非本地實驗室工程細菌菌株的類似處理相比，這是一個顯著的改進，其中通常需要不止一種處理。並且這些工程細菌在宿主腸道中停留的時間與 Zarrinpar 教授團隊確定的原生大腸桿菌方法相比幾乎沒有或始終如一。
除了成功地影響小鼠的糖尿病之外，該小組還能夠對從人類腸道中提取的大腸桿菌進行類似的修飾。
雖然他們已經證明了實質性的成果，但工程原生細菌帶來了另一組挑戰。 「原生細菌對修飾具有很強的抵抗力；這是它們與生俱來的防禦機制的一部分，」Zarrinpar 指出：他們的數據表明，將基因插入天然細菌的成功率比實驗室菌株細菌低 100 倍左右，但 Zarrinpar 和他的團隊正在優化這一過程。 「現在有許多新的基因工程工具可以讓我們更有效地改造這些細菌。」
該小組正計劃使用這項技術來尋找治療更多疾病的方法。 「我們的夢想很大，」Zarrinpar 強調：「這項技術可能會打開微生物組療法的應用新大門，影響不同的慢性和遺傳疾病。」
來源：Cell
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