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第四届中国药物基因组学学术大会暨_首届中国个体化用药—精准医学科学产业联盟大会

TED演讲 | 细菌变身抗癌“卧底”

2017/04/02 来源:药明康德
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导读
想象一下,未来可以通过服用这些改造后的益生菌来检测和治疗癌症, 甚至是其他疾病。 我们能够改造细菌,为癌症研究打开了新的天地。

本文转载自药明康德微信公众号(ID:WuXiAppTecChina)

想象一下,未来可以通过服用这些改造后的益生菌来检测和治疗癌症, 甚至是其他疾病。 我们能够改造细菌,为癌症研究打开了新的天地。

Imagine in the future taking a programmed probiotic that could detect and treat cancer, or even other diseases. Our ability to program bacteria and program life opens up new horizons in cancer research.

演讲实录:

我们身体里的细菌数目似乎比银河系中的星星还要多。 微生物群落构成我们体内必不可少的一部分。并且,随着DNA分子编辑技术的发展,现在我们能像编写程序一样,来对细菌的基因进行定向改造了。

你看到的这张图, 这是我所改造的第一款细菌。 就像写程序代码那样, 我们依据不同的算法输出和撰写DNA序列, 并使其在细菌体内进行表达。这个工程菌能表达荧光蛋白, 并会生成一个小分子, 让细菌进行交流和沟通。


基因工程对细菌进行定向改造(图片来源:Medgadget)

工程菌的使命,表达目的基因

那么再让我们看看这个动态图,图中显示的是正在繁殖的菌落。 我们现有的基因工程项目则是改造这些细菌,使其产生小分子, 而这些信号分子在数千个细菌个体之间游移, 来指导它们何时开启和关闭相应的功能。

这些让细菌同步的信号分子移动速度非常快,所以即便在较庞大的菌落里, 相距较远的细菌个体间也能进行信息沟通。你可以看到这样的波动从荧幕的右边向左移动。


细菌的群体感应现象(图片来源:Infection and Immunity)

上述自然现象称为“群体感应”现象:细菌可以合成一种被称为自身诱导物质( auto-inducer, AI ) 的信号分子,细菌根据特定的信号分子的浓度可以监测周围环境中自身或其它细菌的数量变化。

当信号达到一定的浓度阈值时,能启动菌体中相关基因的表达来适应环境的变化,如芽胞杆菌中感受态与芽胞形成、病原细菌胞外酶与毒素产生、生物膜形成、菌体发光、色素产生、抗生素形成等等。

在这段视频中, 你能观察到活动中的“群体感应”现象,成长中的菌落只有在达到高密度或临界密度的时候才会开始发光。 改造后的工程菌不断向外蔓延时, 有节奏地持续制造荧光蛋白。 我们称这个特别的影片和这个实验为“超级新星”, 因为这看起来很像星星大爆炸。

工程菌的另一使命:癌症检测和抗癌治疗?

那么,我们还能让这些细菌做些什么? 我决定探索如何对这些细菌进行改造,去诊断和治疗身体内的疾病, 比如癌症。


口服后的细菌主要集聚在肿瘤细胞附近(图片来源:Wall Street Journal)

细菌的一个不可思议之处在于, 它们可以在肿瘤内部自然地生长。 这是因为,一般的肿瘤是能”逃逸“免疫系统的。 所以当细菌发现这些肿瘤时, 会将肿瘤当做避风港, 在肿瘤附近”茁壮成长“。

我们开始在小鼠模型上,检测益生菌的生长状况。这些益生菌安全且有益,我们发现,当小鼠口服益生菌时, 这些益生菌会选择性的在肝脏的肿瘤里进行繁殖和复制。

改造益生菌,实现早期肝癌检测!

我们意识到,让益生菌被检测出来最简单的方式,是让这些益生菌产生可以在尿液中被检测到的信号。我们对这些益生菌进行定向改造, 使其产生可以改变尿液颜色的分子, 以此间接实现癌症的检测。 随后我们也证明了这项技术对肝癌的检测具有高灵敏度和准确度, 而肝癌很难通过其他方式检测到。

既然通过检测这些细菌能准确定位肿瘤, 是否能对上述益生菌进行定向改造,使其表达治疗分子,从而实现治疗癌症的目的,让现有的肿瘤萎缩, 而我们已经正在这方面努力了。


对工程菌不同的改造方式(图片来源:《Nature Reviews》)

想象一下,未来可以通过服用这些改造后的益生菌来检测和治疗癌症, 甚至是其他疾病。 我们能够改造细菌,为癌症研究打开了新的天地。

为了分享这个美好的愿景, 我和艺术家Vik Muniz先生合作, 创作了这个完全由细菌和癌症细胞所组成的宇宙符号。 我们希望这些神奇的微生物能够给未来的癌症研究方法带来新的创意。


本期讲者Tal Danino博士是来自于MIT的合成生物学家,致力于将生物学和工程学相结合,选择肺癌作为合成生物学治疗的研究模型,通过筛选肺癌有效治疗靶点,改造细菌使其更加特异攻击癌细胞等策略,探索高效、特异、可控的癌症治疗新理念和新途径

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