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      合成生物學(xué):細(xì)菌遞送藥物

      夕陽紅 2024-06-07 11:15:58

      2016年08月16日訊 研究人員在細(xì)菌內(nèi)構(gòu)建基因回路

      ,控制細(xì)菌的基因表達
      ,使其能反復(fù)且同步地將藥物遞送到小鼠腫瘤處
      ,從而實現(xiàn)殺傷腫瘤的目的。

      人類和細(xì)菌的寄生

      、共生關(guān)系歷史悠久?div id="m50uktp" class="box-center"> ,F(xiàn)在,Din等人利用合成生物學(xué)
      ,改造細(xì)菌
      ,實現(xiàn)了治療疾病的目的。這些細(xì)菌在抵達目標(biāo)位置時
      ,會同步自發(fā)地裂解自殺
      ,釋放藥物,一方面最大化藥物遞送效率
      ,一方面最小化藥物毒性

      在人體中,某些部位適宜細(xì)菌生存--如腸的厭氧管腔。這些環(huán)境的一個共同特點是氧含量低

      。實體瘤中氧含量也相對低
      ,因為腫瘤細(xì)胞增殖過快,對氧氣需求增加
      ,而腫瘤脈管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能異常
      ,血供不足。腫瘤的低氧區(qū)域相對免受免疫系統(tǒng)的攻擊
      ,適宜細(xì)菌定植和生長

      一個多世紀(jì)以前,就有人提出

      ,利用細(xì)菌來對抗癌癥
      。1891年,William B. Coley醫(yī)生使用鏈球菌感染病人
      ,企圖激活免疫系統(tǒng)來對抗癌癥
      。該方法備受爭議,因為患者響應(yīng)不一致
      ,而且鏈球菌感染具有一定毒性
      。但隨著對腫瘤微環(huán)境了解的深入,以及基因工程工具的出現(xiàn)
      ,科學(xué)家們看到了產(chǎn)生更有效
      、低毒的鏈球菌的希望。現(xiàn)在
      ,幾個細(xì)菌菌株已被開發(fā)成癌癥治療劑
      ,且它們在動物模型上效果顯著。

      細(xì)菌可以通過競爭營養(yǎng)

      、分泌毒素和引發(fā)宿主的免疫反應(yīng)來破壞病變組織。此外
      ,經(jīng)過基因工程化的細(xì)菌還具有其它抗腫瘤特性
      。相比于病毒(也在癌癥治療中有所使用),細(xì)菌攜帶非天然DNA的能力更強
      。細(xì)菌中可引入長達幾千對堿基的DNA片段
      ,大腸桿菌中可轉(zhuǎn)入大于300 kb的人工染色體。因此
      ,從理論上來說
      ,細(xì)菌可以作為有效的藥物遞送載體,攜帶編碼和調(diào)控治療模式的基因回路

      癌癥治療的理想藥物輸送系統(tǒng)要滿足兩條要求:1

      、選擇性地把藥物遞送到腫瘤,以減少對健康組織的損害;2
      、以可控的方式釋放藥物
      。Din等人在嘗試開發(fā)這樣的系統(tǒng)時,采用了一種“群體感應(yīng)”基因回路
      ,使細(xì)菌彼此交流
      ,群體性地對變化產(chǎn)生響應(yīng),調(diào)控基因表達

      在之前的研究中

      ,研究者們使用了合成生物學(xué)來構(gòu)建大腸桿菌中的“群體感應(yīng)”基因電路。LuxI
      、LuxR和?div id="4qifd00" class="flower right">
      ;呓z氨酸內(nèi)酯(AHL)在該回路中具有重要作用。LuxI 酶催化AHL分子的合成
      ,而LuxR則是AHL受體蛋白
      ,可激活細(xì)菌群體感應(yīng)轉(zhuǎn)錄效應(yīng)。當(dāng)細(xì)菌種群密度低
      ,LuxR表達水平較低
      ,合成的AHL分子不會在細(xì)胞積聚,而是迅速擴散到胞外
      。當(dāng)細(xì)菌密度增加時
      ,由于胞外AHL濃度梯度,導(dǎo)致AHL在細(xì)胞內(nèi)積累
      。一旦胞內(nèi)AHL濃度達到一定閾值
      ,AHL分子與LuxR結(jié)合。反過來
      ,LuxR激活PluxI啟動子
      ,從而啟動靶基因的表達。值得注意的是
      ,AHL可以穿過細(xì)胞膜擴散
      ,所以群體細(xì)菌中的AHL濃度基本相同,確保了細(xì)菌群體中基因表達程序的同步執(zhí)行

      在目前的研究中

      ,Din等人使用該基因回路,控制鼠傷寒沙門氏菌的細(xì)菌毒素釋放
      。在這個系統(tǒng)中
      ,PluxI促進編碼四種蛋白的基因表達--LuxI;藥物
      ;熒光蛋白(幫助檢測群體動態(tài)和藥物釋放)
      ,以及源自細(xì)菌病毒φX174(圖1)的裂解蛋白E
      。當(dāng)細(xì)菌群體密度達到臨界值時,幾乎所有細(xì)菌細(xì)胞中PluxI驅(qū)動的轉(zhuǎn)錄程序啟動
      ,導(dǎo)致細(xì)菌合成藥物和裂解蛋白
      ,隨后細(xì)菌裂解,藥物釋放
      。群體中少數(shù)幾個細(xì)菌能存活下來
      ,進入下一個周期。結(jié)果是周期性的細(xì)菌裂解和藥物遞送
      。為了證實療效
      ,Din等人使用這種細(xì)菌治療腫瘤小鼠,發(fā)現(xiàn)細(xì)菌確實顯示出同步周期性動態(tài)變化
      ,且無論單用還是與化療聯(lián)用
      ,都具有一定療效。

      研究者們沒有直接比較這種細(xì)菌與常規(guī)方法生產(chǎn)的

      、連續(xù)產(chǎn)生治療蛋白的微生物的治療效果
      。無論如何,這種新細(xì)菌與常規(guī)微生物療法截然不同
      。首先
      ,藥物釋放是通過細(xì)菌的群體性裂解釋放的,而不是通過連續(xù)分泌的方式釋放
      ;第二
      ,周期性裂解更為安全,因為把細(xì)菌數(shù)目控制在一定范圍內(nèi)
      ,有助于防止引起全身性炎癥的危險

      盡管有這些特征,單靠細(xì)菌(是否工程化與否)是不可能根除腫瘤的

      。在目前的研究中
      ,這種新細(xì)菌與化療聯(lián)用,并沒有完全消滅腫瘤
      ;18天后
      ,腫瘤開始復(fù)發(fā),繼續(xù)長大
      。如果想進一步提高療效,就需要把這種新細(xì)菌和免疫療法或其它更有效的抗癌藥物聯(lián)用

      周期性藥物釋放對那些需要定期服藥的病人

      ,如糖尿病和高血壓病人而言可能更有效。治療非癌性疾病
      ,也可能采用利用天然的病灶環(huán)境定植細(xì)菌的療法
      。同樣,研究者們也可以考慮設(shè)計一種可植入、半通透
      、小分子和蛋白質(zhì)可通過
      ,而細(xì)菌不能通過的容器來容納工程化細(xì)菌。使用周期性裂解細(xì)菌治療非癌癥類疾病的一個難點在于
      ,細(xì)菌裂解后產(chǎn)生的產(chǎn)物可能被血管吸收并累積
      ,從而引起全身毒性效應(yīng)。選擇低毒的細(xì)菌菌株或創(chuàng)建減毒株(例如
      ,通過刪除編碼內(nèi)毒素的msbB基因)可以克服這個問題

      本文地址:http://www.mcys1996.com/jiankang/304483.html.

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