新型有智慧的“益生菌”：转基因细菌

时间：2021-11-15 00:00:00 来源：网络整理

你内心的某种感觉?有些确实是从胃肠道开始的。

生活在你的肠道里的数以万亿计的细菌——包括病毒、真核生物和古生菌——合成了一些神经递质，负责你的神经、焦虑和欣快。

当你的这些荷尔蒙不足或过多时，你的心理健康就会受到影响。

华盛顿大学圣路易斯分校(Washington University in St. Louis)麦凯维工程学院(McKelvey School of Engineering)能源、环境与化学工程系(Department of Energy, Environmental & Chemical Engineering)副教授Moon Tae Seok说，他自己就经历过这种不平衡。他正在努力解决这个问题:通过基因工程细菌可以监测人体肠道内的化学物质生产，并修复任何不平衡。

他的研究发表在11月11日的《Cell Systems》杂志上。

Moon说:“保持神经递质平衡是一项困难的工作。”2017年，Moon开始设计一种专门用于保护人们免受肾上腺素激增对健康的负面影响的益生菌。

Moon的方法包括开发一种“细菌传感器”，可以检测人体肠道中的某些化学物质。他一直在自己的实验室里研究类似的传感器，目标是最终通过基因工程设计出一种具有不同传感器的模块化系统。他已经开发了温度、pH值、氧水平、光线、污染物和其他与疾病相关的化学物质的传感器。

特异性是关键

Moon并不是第一个开发这种传感器的人，但到目前为止，它们大多都缺乏特异性。传感器很难区分结构相似的分子。

Moon说:“工程上的专一性是一大挑战。但我们已经证明，这是可以做到的。”

证据就在基因工程大肠杆菌Nissle 1917 (EcN)中，这种细菌有一个传感器可以检测一种分子。

该团队能够从细菌中自然发现的传感器途径开始。第一作者、Moon实验室的博士生奥斯汀·罗廷豪斯(Austin Rottinghaus)和其他实验室成员使用计算机建模来探索突变如何影响通路的敏感性。研究人员能够开发出一种传感器通路，对他们感兴趣的分子敏感——而且只对那些分子敏感。

传感器被整合到EcN中，使细菌成为精确的猎手。它们可以区分苯丙氨酸(phe)和酪氨酸(Tyr)，这是两个结构相似的分子，分别与紊乱(pKU)和2型酪氨酸血症有关。

该团队还开发了结构相似的苯乙胺(pEA)和酪胺(Tyra)传感器，这两种物质都存在于食物和肠道中。

有了这个概念的证明，Moon的实验室现在可以开发一种执行器——一种基于传感器收集的信息而行动的蛋白质。例如，pKU是一种遗传性疾病，它会导致婴儿积累过多的苯丙氨酸。一个完全工程的细菌可能有一个传感器来检测氨基酸和一个驱动器，如果苯丙氨酸水平太高，可以降解它。

这些转基因生物的用途不仅仅局限于医学领域。它们还可以用来监测食品质量或调节微生物代谢工程的途径，这些过程用于生产许多药物、燃料或其他化学品。