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合成细菌无创检测糖尿病和癌症

研究人员设计出了分别能在尿中无创检测糖尿病和癌症的细菌。由两个独立的小组所进行的这些研究为在诊所中用人工合成细菌作为诊断工具打下了基础。

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合成生物学在设计活细胞来发挥特殊功用上已经取得了进展;这些特殊功用包括从生产或输送药物至在体内探查疾病及在环境中探查毒素。细胞(通常是细菌)能以目前诊断装置所不能的方式对它们的环境做出反应和适应。但是,由于它们在复杂的患者样本中有着不可靠的行为和不良的信号检测,因此细菌生物传感器还没有进入诊所。


Alexis Courbet和同事开发了一种可将细菌基因回路组装的技术平台,将它们转变成为活的诊断装置。使用合成生物学工具来设计细胞内的某些部分(这些部分所发挥的功能可模仿在电子回路中所观察到的功用),他们改造了大肠杆菌以探测在尿液中的生物学信号,并在达到特定阈值时,会产生一种可见的颜色改变。研究人员通过采自糖尿病患者的尿样本展示了他们所谓的细菌感应器(bactosensors)。


为了便于操作和阅读数据,这些悬浮于水凝胶球中的大肠杆菌细胞准确、可靠地检测出了尿液中异常的葡萄糖浓度,其性能几乎与目前标准的尿液浸试条法一样好。他们的技术架构有可能构成针对探测其它疾病生物标记所定制的新型细菌感应器的基础。


在另外一项研究中,Tal Danino和同事给细菌进行了编程,使其能在尿液中对肝转移的存在发出信号。肝转移(即癌症从身体内的另外一个器官扩散至肝脏)是可治疗的,但肝转移常常在太晚的阶段才被发现。例如,目前的成像技术会错过非常小的肿瘤。


Danino和同事利用了细菌对肿瘤的天然亲和力;而肿瘤能躲避免疫系统的察觉。研究人员改造了大肠杆菌,使其在遇到肿瘤时能产生一种酶。该酶在尿液中的代谢产物可用视觉检测到。当给小鼠喂这些细菌时,这些细菌会穿过肠壁并进入肝脏,它们在肝内会拓殖肿瘤


这些细菌接着会分泌一种酶,它能将注入的化合物分解,并释放出一种在尿液中排出的会发光的分子。研究人员在数个肝转移的小鼠模型(包括原发于结肠、肺、卵巢和胰脏的癌症肝转移模型)中测试了这些细菌。在24小时内,这些细菌安全准确地在尿中检测到了肝肿瘤的存在。


这些小鼠在长达一年的时间内没有显示出严重的副作用。这些会产生酶的细菌或能被重新改动以检测如结肠直肠癌等胃肠道中的其他癌症。尽管该技术在进入临床使用阶段前需要做进一步的测试(尤其是安全性测试),但这些研究让人们能够一瞥细菌生物感应器,细菌生物感应器因为其无创性和简单的尿液检测或能适用于在家中或偏远的野外诊所中应用。


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