豐臺顯微鏡 古董科學家們正在改造細菌來治療疾病
作者: 發布時間:2022-07-02 17:34:52點擊:1622
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景艷Net 2018-0909 07:32
通過操縱DNA,研究人員試圖創造出微生物,一旦被攝取,就可以治療罕見的遺傳疾病——合成生物學的一個里程碑。
在一個夏天進行的研究中,一組志愿者喝了含有數十億細菌的白色薄荷混合物。微生物經過精心設計以分解血液中的天然毒素。
大多數人可以在沒有任何幫助的情況下做到這一點,但對于那些不能做到的人來說,這些微生物終有會成為一種活的藥物。
這個實驗標志著合成生物學領域一個有前途的里程碑。二十年前,研究人員開始修復有機體,如工程師修復電子產品。
他們利用了這樣一個事實,即基因通常不能孤立地工作。相反,許多基因一起工作,激活和彼此中斷。合成生物學家操縱這些通訊,以創建對新信號作出反應或以新方式作出反應的細胞。
迄今為止,更大的影響是工業。該公司正在使用工程菌作為微型工廠來組裝復雜的分子,如抗生素或用于制造服裝的化合物。
然而,近年來,許多研究小組已經將注意力轉向心臟。他們希望利用合成生物學來塑造進入我們身體并從內部治療我們的微生物。
今年夏天,志愿者飲用的這種由Synlogic公司測試的細菌混合物可能是美國食品和藥物管理局批準的種合成生物醫學方法。
這種細菌被設計用來治療罕見的基因疾病,稱為苯丙酮尿癥或PKU。患有這種疾病的人必須避免食用肉類和奶酪等食物中的膳食蛋白質,因為他們的身體不能分解副產品,一種叫做苯丙氨酸的氨基酸。
由于苯丙氨酸在血液中積累,它會破壞大腦中的神經元,導致生長遲緩、精神殘疾和精神疾病。
但是在小鼠和猴子的實驗中,Synlogic細菌顯示出作為替代療法的希望。周二,公司調查人員宣布了健康志愿者的臨床試驗中的陽性結果。
哥倫比亞大學的合成生物學家塔爾·達尼諾說,其他研究人員也在進行類似的研究,但沒有人能像Synlogic那樣行動迅速。他說,他們正在領導這項指控。
James J.Collins,麻省理工學院的合成生物學家,Synlogic的聯合創始人之一,在2000年發表了合成生物學的個原理證明。
在一次采訪中,柯林斯博士說,他和他的同事給大腸桿菌一種方法,當暴露于某些化學物質時,打開和關閉基因-就像基因的光開關。
最初,科學家設想使用重新布線的細菌作為環境傳感器——可能探測空氣中的生物武器并產生化學信號作為響應。
2000年代中期,微生物學家開始繪制我們心臟的微生物圖,這些微生物生活在健康的身體里。科學家發現,微生物不斷地參與復雜的生物化學,其中一些幫助我們預防疾病。
合成生物學家很快開始懷疑他們是否可以添加工程細菌-內部傳感器,可能是疾病的跡象,甚至腸道工廠,需要藥物用于人體。
你不能高估微生物學的影響,杰夫·赫斯特說,他是柯林斯博士的前學生,現在在圣地亞哥的加利福尼亞大學管理自己的實驗室。簡言之,這改變了一切。
另一位麻省理工學院的合成生物學家,柯林斯博士和盧提摩西,在2013年共同創辦了Syn.,公司開始尋找疾病。他們的選擇之一是北京大學,它影響著美國的16500人。
近來,人們發現藥物能降低苯丙氨酸的水平,但是它們只能在少數患者中發揮作用,而且它們能引起副作用。
多年來,研究者們一直在研究PKU的基因治療,希望能將缺陷基因PAH的工作版本插入患者自己的細胞中。但是到目前為止,這種方法還沒有超過小鼠的研究。
多年來,研究者們一直在研究PKU的基因治療,希望能將缺陷基因PAH的工作版本插入患者自己的細胞中。但是到目前為止,這種方法還沒有超過小鼠的研究。
新設計的細菌的同步透射電子顯微鏡圖像。
對于Synlogic來說,PKU似乎是一個成熟的機會,利用合成生物學來創造一種可能得到政府批準的治療方法。
Synlogic的首席科學官員保羅·米勒(Paul Miller)說,研究人員選擇了一種無害的大腸桿菌,這種大腸桿菌已經被研究一個多世紀了。
研究人員將基因插入細菌的DNA中,這樣一旦它們到達腸道,它們就會像我們自己的細胞一樣分解苯丙氨酸。
研究人員將基因插入細菌的DNA中,這樣一旦它們到達腸道,它們就會像我們自己的細胞一樣分解苯丙氨酸。
其中一個新基因編碼一個泵,它吸收細菌周圍的苯丙氨酸。第二個基因編碼一種酶,將苯丙氨酸分解成碎片。然后細菌釋放碎片,碎片被沖走在尿液中。
Synlogic研究小組希望微生物只有在適當的時間和地點才在體內分解苯丙氨酸,因此他們設計細菌,當感覺到周圍氧氣含量高時,關閉苯丙氨酸基因。
為了測試細菌,研究人員創造了具有導致PKU的突變的小鼠。當小鼠接種一定劑量的細菌時,它們的血液苯丙氨酸水平比沒有微生物的小鼠低38%。
為了測試細菌,研究人員創造了具有導致PKU的突變的小鼠。當小鼠接種一定劑量的細菌時,它們的血液苯丙氨酸水平比沒有微生物的小鼠低38%。
研究人員還對健康的猴子進行了細菌測試。當沒有微生物的猴子吃高蛋白食物時,它們的血液中苯丙氨酸含量出現峰值。腸道內有工程菌的猴子只經歷了輕微的升高。
為了進行人體試驗,Synlogic招募了健康人吞下細菌。一些人服用了劑量,而另一些人在一周內喝了越來越多的。在吞下細菌后,志愿者喝了很多搖晃的蛋白質或吃了固體食物。
周二,Synlogic宣布,測試證明人們可以安全地耐受這些細菌。此外,他們吃的細菌越多,他們尿液中的苯丙氨酸就越多,這表明細菌在起作用。
Collins博士說,我對到達目的地的速度感到驚訝。他沒有參與SyLogic的北大研究。
今年7月,丹尼諾博士和他的同事在《細胞系統》雜志上發表了一篇評論,對研究人員正在設計包括炎癥和感染在內的合成微生物療法的其它疾病進行了分類。
開發抗癌藥物面臨的更大挑戰之一是它們常常不能穿透腫瘤。但是微生物研究人員發現,天然細菌經常滲透腫瘤并在腫瘤內部生長。
現在,科學家們正在研究能夠進入腫瘤的細菌。一旦進入,他們就會釋放出能吸引免疫細胞的分子,研究人員希望這種分子能殺死癌癥。
現在,科學家們正在研究能夠進入腫瘤的細菌。一旦進入,他們就會釋放出能吸引免疫細胞的分子,研究人員希望這種分子能殺死癌癥。
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