智能微生物機器人受訪者供圖

 

　　“該系統(tǒng)可實現(xiàn)在體無創(chuàng)實時監(jiān)測和記錄炎癥性腸病的發(fā)生、發(fā)展，并以自調(diào)控的給藥模式緩解病癥。”葉邦策介紹說，隨著合成生物學(xué)的飛速發(fā)展，利用工程學(xué)方法通過元件開發(fā)及基因線路重編程等手段，構(gòu)建具有診斷疾病或靶向治療疾病的“智能活菌機器人”，可實時感應(yīng)人體環(huán)境的疾病信號并調(diào)控下游基因線路，實現(xiàn)感知、傳導(dǎo)、計算及反饋的一體化功能。

 

　　這些微型“活菌機器人”為各種疾病的診斷和治療提供了新的契機及獨特策略，并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，有望形成一套系統(tǒng)性、強調(diào)控性的細菌控制回路，通過精準設(shè)計和模塊構(gòu)建使“智能活菌”向著更具有靶向性、安全性的方向發(fā)展，加速其在臨床的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。

 

　　炎癥性腸?。↖BD）是胃腸道最常見的慢性炎癥性疾病。我國IBD的發(fā)病率近幾十年急劇增加，如不進行早期診斷和治療，極易增加患抑郁癥、結(jié)直腸癌甚至死亡的風(fēng)險。傳統(tǒng)的診斷方式依賴于腸鏡等侵入式的檢測方法，對患者造成極大的痛苦，更重要的是難以實現(xiàn)早期診斷，并且傳統(tǒng)的治療手段難以控制精確的用藥劑量，導(dǎo)致藥物過量攝入的副作用。

 

　　基于此，研究人員開發(fā)出一株工程化智能益生菌i-ROBOT。該工程菌系統(tǒng)集成3個模塊（熒光報告模塊、堿基編輯記錄模塊和藥物表達分泌模塊），能夠在體內(nèi)同時執(zhí)行診斷、記錄和改善IBD的功能。i-ROBOT可以感知腸道疾病分子事件（例如炎癥標志物硫代硫酸鹽）的出現(xiàn)，通過產(chǎn)生即時熒光信號來反映當前的疾病狀態(tài)，分子記錄系統(tǒng)則將疾病信息轉(zhuǎn)化為基因組DNA中的永久單核苷酸突變，進一步導(dǎo)致功能蛋白（例如顯色酶LacZ）的翻譯激活，通過DNA測序或肉眼可見的顏色反應(yīng)讀取炎癥信息，該記錄是長期可遺傳的。此外，i-ROBOT擁有一套自調(diào)控的藥物表達和分泌系統(tǒng)，可根據(jù)疾病標志物的水平釋放相應(yīng)濃度的治療藥物，無需服用額外的誘導(dǎo)物，該策略在有效改善疾病活性的同時不會引起用藥過量的副作用，例如腸纖維化等。

炎癥標志物響應(yīng)的智能工程菌診療示意受訪者供圖

 

　　i-ROBOT以較高的靈敏度感知疾病標志物并產(chǎn)生即時熒光信號，長期記錄信號以及治療蛋白的表達和釋放等自調(diào)節(jié)反應(yīng)。該研究為設(shè)計和定制用于疾病診療一體化的智能工程菌提供了新穎的策略和概念驗證。相信在不遠的將來，以微生物為基礎(chǔ)的“智能活菌機器人”在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用將會越來越多元化。