抗擊癌癥和其他腸道疾病的新助手可能是遺傳改變的細(xì)菌，可將藥物釋放到腫瘤或腸道?，F(xiàn)在，一項(xiàng)使用小鼠進(jìn)行的一項(xiàng)新研究表明，醫(yī)生有朝一日可以通過設(shè)計(jì)這些微生物來(lái)應(yīng)對(duì)溫度來(lái)更好地調(diào)節(jié)這些治療微生物。例如，如果將工程菌用于患有疾病的患者，理論上，醫(yī)生可以通過使用超聲波溫和加熱組織，指導(dǎo)細(xì)菌將藥物釋放到感興趣的部位，而不是身體其他任何部位。 。

“細(xì)菌可以被設(shè)計(jì)成像我們體內(nèi)疾病的特殊藥劑一樣，”加州理工學(xué)院化學(xué)工程和遺產(chǎn)首席研究員助理教授米哈伊爾夏皮羅說(shuō)，他的總體研究目標(biāo)是創(chuàng)造可視化和控制細(xì)胞 - 細(xì)菌細(xì)胞的新方法和人體細(xì)胞 - 用于藥用目的。“我們正在為這些細(xì)胞構(gòu)建對(duì)講機(jī)，這樣我們就可以傾聽并與他們交談。”

夏皮羅是一篇關(guān)于11月14日發(fā)表在“ 自然 - 化學(xué)生物學(xué) ”雜志上的新研究論文的首席研究員。該作者是Shapiro實(shí)驗(yàn)室的研究生Dan Piraner和Mohamad Abedi。

該研究還顯示，如果患者的體溫從發(fā)燒中升高，這些工程菌一旦進(jìn)入患者體內(nèi)就可以被編程為停止給予治療劑或自我毀滅。發(fā)燒可能表明治療無(wú)效，因此細(xì)菌終止其活動(dòng)符合患者的最佳利益。

在該技術(shù)的另一個(gè)應(yīng)用中，研究人員展示了一旦??細(xì)菌通過排便離開患者身體后如何設(shè)計(jì)它們就可以自我毀滅。宿主身體外的較低溫度將發(fā)信號(hào)通知工程細(xì)菌激活遺傳殺滅開關(guān)，從而減輕對(duì)遺傳改變的微生物傳播到環(huán)境的擔(dān)憂。

“我們可以在細(xì)菌中使用這些熱敏開關(guān)來(lái)控制各種行為，”夏皮羅說(shuō)。

使用工程菌對(duì)抗疾病的策略 - 一個(gè)叫做微生物治療的日益增長(zhǎng)的領(lǐng)域的一部分 - 在動(dòng)物模型和人類中顯示出一些前景。以前的研究表明，一些細(xì)菌自然會(huì)進(jìn)入腫瘤部位，因?yàn)樗麄兏矚g腫瘤的低氧環(huán)境。研究表明，這些細(xì)菌可被用于將藥物釋放到腫瘤上，例如破壞腫瘤的藥物溶血素。其他研究表明，施用于腸道的細(xì)菌可以釋放分子以減少炎癥。但是這些細(xì)菌最終可能會(huì)進(jìn)入身體的其他部位，而不僅僅是感興趣的部位。

Shapiro實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的方法通過提供一種機(jī)制來(lái)解決這個(gè)問題，通過該機(jī)制可以指示細(xì)菌僅將藥物引導(dǎo)到特定的解剖部位。這個(gè)想法是，基因工程細(xì)菌將在通過超聲工具誘導(dǎo)的特定溫度下激活他們的治療程序，超聲工具以毫米精度溫和地加熱組織。理論上，醫(yī)生可以向癌癥患者施用遺傳改變的細(xì)菌，然后通過在腫瘤部位聚焦超聲，觸發(fā)細(xì)菌對(duì)抗腫瘤。

“我們可以在空間和時(shí)間上控制細(xì)菌的活動(dòng)，”Abedi說(shuō)。“我們可以與他們溝通，并告訴他們何時(shí)何地需要做些什么。”

為了產(chǎn)生可熱控制的細(xì)菌，該團(tuán)隊(duì)首先需要找到其活性取決于溫度變化的候選基因開關(guān)。他們最終確定了兩名候選人 第一種是沙門氏菌中的蛋白質(zhì)，第二種是來(lái)自稱為噬菌體的細(xì)菌病毒。兩種蛋白質(zhì)都與DNA結(jié)合，以響應(yīng)溫度打開或關(guān)閉遺傳電路。

接下來(lái)，科學(xué)家使用了一種蛋白質(zhì)工程技術(shù) - 由加州理工學(xué)院的Frances Arnold開創(chuàng)的“定向進(jìn)化” - 在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)化蛋白質(zhì)并調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)換溫度。例如，沙門氏菌蛋白最初是在42到44攝氏度的溫度下活化的?？茖W(xué)家利用定向進(jìn)化技術(shù)生成了活化溫度在36到39攝氏度之間的版本。當(dāng)這些遺傳開關(guān)用于控制治療性蛋白質(zhì)的表達(dá)時(shí)，它們可以像熱控制一樣在給定溫度下開啟或關(guān)閉治療。

“當(dāng)我們考慮如何讓細(xì)菌感知溫度時(shí)，我們看了大自然，并發(fā)現(xiàn)了一些細(xì)菌可以做到這一點(diǎn)的系統(tǒng)，”皮拉納說(shuō)。“我們對(duì)性能進(jìn)行了測(cè)試，找到了具有最佳切換性能的那些。從那里，我們繼續(xù)發(fā)現(xiàn)它們可以被調(diào)整和放大。這一切都始于大自然賦予我們的東西，工程帶我們完成剩下的工作“。