7月20日，來自于加州大學(xué)圣迭戈分校、麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)在《Nature》期刊發(fā)表最新成果，展示了他們首次在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)構(gòu)件“基因回路”，并插入抗癌藥物合成基因，使其成為合成抗癌藥物的“工具”。
最奇妙的在于，這些有著特殊使命的細(xì)菌們，能夠在腫瘤位置集體“自爆”釋放出抗癌藥物消滅癌細(xì)胞。
這一細(xì)菌薈萃了生物工程和生物學(xué)教授Jeff Hasty團(tuán)隊(duì)研究多年的精華。圍繞這一設(shè)計(jì)理念他們?cè)群笤凇禢ature》期刊發(fā)表4篇相關(guān)文章。
這一特殊細(xì)菌的優(yōu)勢(shì)在于，它能夠最大限度地降低藥物對(duì)周圍正常組織、細(xì)胞的傷害。
基因回路：限制細(xì)菌生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)集體自殺
考慮到傳統(tǒng)的化療并不總能精準(zhǔn)地達(dá)到腫瘤的核心區(qū)域，而細(xì)菌卻可以做到，生物工程和生物學(xué)教授Jeff Hasty開始考慮利用細(xì)菌實(shí)現(xiàn)藥物的傳遞。但是，如何讓細(xì)菌精確控制藥物釋放的時(shí)間呢？
他帶領(lǐng)圣迭戈分校的研究團(tuán)隊(duì)選取減毒性沙門氏菌腸亞種，利用合成生物學(xué)在細(xì)菌內(nèi)構(gòu)建了一個(gè)基因回路。在這個(gè)基因回路里，腫瘤微環(huán)境中的細(xì)菌能夠啟動(dòng)藥物合成，并在同一時(shí)間裂解消滅癌變細(xì)胞。
這個(gè)神奇的基因回路含有一個(gè)編碼關(guān)鍵分子AHL的基因。AHL分子是協(xié)調(diào)細(xì)胞基因表達(dá)的總開關(guān)。當(dāng)AHL分子濃度達(dá)到一個(gè)閾值，會(huì)激活啟動(dòng)子，進(jìn)一步激活下游基因的表達(dá)。
同時(shí)，得益于AHL分子足夠小，能夠在細(xì)菌之間流通，使得相鄰細(xì)菌能夠接收到相同的信號(hào)，啟動(dòng)基因表達(dá)，實(shí)現(xiàn)同步化。這一連環(huán)現(xiàn)象被稱作“群體感應(yīng)”（quorum sensing）。
群體感應(yīng)是細(xì)菌之間保持“聯(lián)絡(luò)”的方式，通過合成、釋放信號(hào)分子掌握細(xì)菌數(shù)量，從而協(xié)調(diào)這個(gè)菌落處于同一“步調(diào)”。
科學(xué)家很聰明，他們利用這一特性，實(shí)現(xiàn)細(xì)菌群的統(tǒng)一管理。更有意思的是，他們?cè)诨芈分刑砑恿艘粋€(gè)自殺基因，使得細(xì)菌數(shù)量達(dá)到一定濃度時(shí)，集體裂解！
當(dāng)然，會(huì)有少量細(xì)菌幸存，然后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。
篩選合適的藥物組合
細(xì)菌群同步管理問題解決后，研究人員開始篩選合適的抗癌藥物。他們挑選了三種藥用蛋白質(zhì)，它們都能夠抑制腫瘤生長(zhǎng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這3種蛋白組合后，藥效最佳。
所以，他們將這些蛋白質(zhì)的編碼基因插入基因回路中。文章作者Tal Danino教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)以患癌小鼠為模型，發(fā)現(xiàn)這一特殊細(xì)菌群能夠合成足夠的蛋白質(zhì)對(duì)抗癌變細(xì)胞。
特別是，當(dāng)這種細(xì)菌治療和化療結(jié)合后，會(huì)表現(xiàn)出更好的治療效果。
雖然這一新方法尚未治愈患癌小鼠，但是它能夠明顯延長(zhǎng)患病小鼠的存活時(shí)間（約50%）。下一步，研究人員計(jì)劃選取腫瘤微環(huán)境中存在的細(xì)菌，利用合成生物學(xué)進(jìn)行改造，構(gòu)建具備治療效用的群體。
同時(shí)，他們還將深入研究以保證細(xì)菌內(nèi)基因回路的穩(wěn)定性，降低基因突變風(fēng)險(xiǎn)。
這一理論的實(shí)現(xiàn)離不開“群體感應(yīng)”。雖然目前的研究成果還處于動(dòng)物試驗(yàn)階段，但是它確實(shí)是一個(gè)全新、有遠(yuǎn)見的方法，為我們對(duì)抗癌癥提供了新視野。
綜上所述，這一建立在動(dòng)物模型的試驗(yàn)首次成功完成了合成生物學(xué)用于改造細(xì)菌、實(shí)現(xiàn)靶向運(yùn)輸抗癌藥物目標(biāo)的概念驗(yàn)證。
原始出處：http://cn.chemcd.com/news/30180.html