标题最新报道:“合成肠道菌群”第一步

　　哈佛大学Wyss研究所和哈佛 医学院的研究人员设计出了一种遗传信号传输系统，小鼠体内实验证明，伤寒沙门氏菌（Salmonella Typhimurium）对环境线索的反应可被肠道中的大肠杆菌接收，该模型使科学家们距离“合成微生物”（携带特定功能的编程细菌）更近一步。文章发表于《ACS Synthetic Biology》。

        有记录的人类肠道细菌超过1000种，肠道微生物菌群对人体健康和疾病的影响是目前的学术研究热点。

        有关肠道细菌之间如何相互通信，以及它们之间是否存在所谓的信号通路？人们还知之甚少。

        哈佛大学Wyss研究所和哈佛 医学院的研究人员设计出了一种遗传信号传输系统，小鼠体内实验证明，伤寒沙门氏菌（Salmonella Typhimurium）对环境线索的反应可被肠道中的大肠杆菌接收，该模型使科学家们距离“合成微生物”（携带特定功能的编程细菌）更近一步。文章发表于《ACS Synthetic Biology》。
 

       “为了通过工程细菌改善人类健康，我们首先需要弄清楚细菌如何进行交流，”Wyss研究所Pamela Silver实验室的研究生、文章一作Suhyun Kim说。“我们想确保我们始终有办法控制和协调工程微生物。”

       于是，研究小组准备利用细菌的“群体感应（quorum sensing）”效应。在哺乳动物肠道中，有一类特别的群体感应，名为酰基高丝氨酸内酯（acyl-homoserine lactone，HSL）感知，研究小组决定看看他们是否可以重新利用这个信号系统，采用基因工程创建细菌信息传递系统。

        研究人员将两个新基因电路引入大肠杆菌的不同菌落：信号转导电路和“应答器”电路。信号转导电路包括1个luxl基因拷贝，该基因受脱水四环素（anhydrotetracycline，ATC）开启，并产生一个群体感应信号分子。应答器电路被设计成当信号分子与之结合，cro基因就会被激活表达Cro蛋白，随之开启应答器电路内的“记忆元件”。记忆元件表达另外两个基因：LacZ和另一个拷贝的cro，LacZ使细菌在蓝白斑筛选琼脂培养基上变蓝，而多余拷贝的cro形成一个正反馈，使记忆元件保持开启，确保细菌长时间表达LacZ。

        研究人员证实，体外实验中，该系统对大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌都有效——加入ATC，应答细菌变蓝。为了观察它们在体内是否奏效，研究人员给小鼠注射信号转导菌和应答菌，然后在小鼠饮用水中加入ATC，分析小鼠分辨样本，超过一半的小鼠显示出HSL信号传递迹象，效果可在ATC给药后继续保持2天。

      “这个基于单拷贝的电路在小鼠内脏中创建了功能性通信，”Kim解释说。“传统的基因工程通过质粒将感兴趣的基因多拷贝引入细菌基因组，这个工程细菌带来了高代谢负担，使它们很容易被宿主菌群淘汰。”

        最后，研究小组让沙门氏菌作为转导细菌，让大肠杆菌充当应答细菌，重复小鼠体内实验证实该电路允许跨不同细菌种类在哺乳动物复杂的肠道环境中进行通信。

       “我们的最终目标是创建覆盖完整或大部分人类肠道菌群的工程细菌，其中每一种都具有特殊功能（例如诊断、治疗、生产有益分子、改善消化等），它们能与其他细菌交流，彼此融洽合作改善人类健康，”文章通讯作者Silver教授说道。

      “微生物组防治微生物感染的生态学方法（microbiome）是医学和健康研究的下一个前沿领域，”Wyss研究所创始主任Donald Ingber博士说。“设计新技术使肠道微生物变得更好，同时认识到它们作为复杂群落的一部分来发挥作用，我们正朝向这个目标大步前进。”