基因工程细菌可以从内部监测健康状况

你内心的那种感觉?嗯,这是在你的头脑中,但有些确实是从胃肠道开始的。

生活在你肠道里的数万亿细菌中的一些;在病毒、真核生物和古细菌中;合成一些神经递质,负责你的神经,焦虑和欣快感。

当你没有足够的-;或者你有太多-;这些激素中的任何一种都会影响你的心理健康。

圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院能源、环境与化学工程系副教授Tae Seok Moon说,他自己也经历过这种不平衡。他正在研究一种解决办法:基因工程细菌可以监控人体肠道内的化学物质产生,并修复任何不平衡。

他的研究发表在11月11日的《细胞系统》杂志上。

“保持神经递质平衡是一项困难的工作,”穆恩说。但他已经开始了。2017年,文在寅获得了一笔拨款,用于设计一种益生菌,专门用于保护人们免受肾上腺素激增对健康的负面影响。

穆恩的方法包括开发一种“细菌传感器”,可以检测人肠道中的某些化学物质。他一直在实验室里研究类似的传感器,目标是最终通过基因工程制造出一种带有不同传感器的模块化系统。他已经开发出了温度、pH值、氧气水平、光线、污染物和其他与疾病有关的化学物质的传感器。

穆恩并不是第一个开发这种传感器的人,但到目前为止,它们大多缺乏特异性。传感器在区分结构相似的分子时可能会遇到困难。

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证据是基因工程的大肠杆菌Nissle 1917 (EcN)细菌,它有一个传感器为1 -;只有一个——;分子的类型。

该团队能够从细菌中天然存在的传感器途径开始。第一作者Austin Rottinghaus是Moon实验室的博士生,他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对他们感兴趣的分子敏感的传感器途径。只有这些分子。

这些传感器被整合到EcN中,使细菌变成了精确的猎人。他们可以区分苯丙氨酸(Phe)和酪氨酸(Tyr),这两种结构相似的分子分别与疾病(PKU)和2型酪氨酸血症相关。

该团队还开发了类似结构的苯乙胺(PEA)和酪胺(Tyra)的传感器。都存在于食物和肠道中。

有了这个概念证明,Moon的实验室现在可以开发一种执行器。一种根据传感器收集到的信息采取行动的蛋白质。例如,PKU是一种遗传性疾病,会导致婴儿积累过多的苯丙氨酸。一个完全工程化的细菌可能有一个传感器来检测氨基酸和一个驱动器,如果苯丙氨酸水平过高,可以降解它。

这类工程生物可以在医疗环境之外发挥作用。它们还可用于监测食品质量或调节微生物代谢工程的途径,微生物代谢工程是用于制造许多药物、燃料或其他化学品的过程。

然而,由于他的经历,穆恩个人对能够感知肠道中神经递质水平的细菌最感兴趣。“如果浓度过高,细菌就会产生一种酶来降解目标化学物质。如果浓度太低,”他说,“细菌就会产生一种酶,可以合成更多的浓度。”

大约95%的激素血清素是由肠道中的细菌合成的。穆恩说,当这种神经递质和其他神经递质不正常时,一个人会受到极大的痛苦。他想结束这种痛苦。

“这是我们工程解决方案的开始。”

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