作者：玛丽安·特纳，来自自然杂志
可以检测并杀死人类病原体的工程细菌可能为治疗抗生素耐药性细菌提供一种新方法。研究人员利用合成生物学工具，赋予细菌在任何天然菌株中都未见过的治疗特性——尽管它们不会很快被注射到人体内。
“我们的研究是合成生物学如何用于对抗细菌感染的第一个例子，” 生物化学工程师 Matthew Chang 说，他是这篇论文的作者之一，该论文今天发表在《分子系统生物学》杂志上。
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新加坡南洋理工大学的 Chang 和他的团队已经设计出一种大肠杆菌菌株，可以攻击铜绿假单胞菌，这种细菌会引起致命感染。
铜绿假单胞菌通过产生称为绿脓菌素的毒性蛋白质来与其同种细菌竞争。 Chang 的团队利用了这种分子系统，通过赋予大肠杆菌绿脓菌素 S5 的基因，它可以杀死感染人类的铜绿假单胞菌菌株。 因为每种绿脓菌素仅针对特定的细菌菌株，所以该毒素不会杀死体内居住的其他细菌。
“绿脓菌素是铜绿假单胞菌自身物种特异性的抗生素，因此使用绿脓菌素代替广谱合成抗生素可能有助于减缓抗生素耐药性的传播，”Chang 说。
绿脓菌素重拳
加利福尼亚州南旧金山 AvidBiotics 公司（一家销售不同类型绿脓菌素的制药公司）的微生物学家 Dean Scholl 说，对绿脓菌素的耐药性发展可能比对其他抗生素慢。“到目前为止，我们还不知道任何绿脓菌素耐药基因可以在质粒上的细菌菌株之间移动，而这正是许多小分子抗生素耐药性转移的方式，”他说。
Chang 和他的团队深入研究了铜绿假单胞菌生物学的另一个方面，他们设计出的大肠杆菌只有在检测到铜绿假单胞菌彼此发送的化学信号时才会破裂并释放绿脓菌素。
在实验室实验中，在与工程大肠杆菌一起培养的铜绿假单胞菌中，只有 1% 存活下来。 当大肠杆菌存在时，铜绿假单胞菌生物膜（比单个细胞更具毒性且对抗生素更具耐药性的细菌菌落）也变得更薄更稀疏。
Chang 说，该团队正在改进他们的大肠杆菌，以便在进行动物模型实验之前提供更强的绿脓菌素重拳。
伦敦健康保护署感染中心的微生物学家 David Livermore 说：“这是一个非常精妙的生物学方法，但似乎很难将其转化为一个实用的系统。” 目前，只有当工程大肠杆菌细胞数量超过铜绿假单胞菌四比一时，这种治疗才有效。
Livermore 说：“我也会非常谨慎地将活的大肠杆菌放到烧伤处或呼吸道中，这些地方是我们经常看到假单胞菌感染的地方，但也是你不希望添加细菌的地方。” 他认为，工程细菌可能更适用于治疗肠道感染，因为肠道内已经有大量细菌。
该研究的作者表示，他们系统性的工程细菌方法也将使这成为可能。 “我们分别设计并表征了三个生物学要素——毒素产生、细菌感知和细胞裂解，” 该研究的另一位作者，生物工程师 Chueh Loo Poh 说。“它们就像积木一样，因此它们的任何组合都可以互换，以适应不同感染的生物学特性。”
该团队已经在设计另一种大肠杆菌菌株，以靶向霍乱弧菌，这种细菌会感染人类肠道并引起霍乱。
本文经《自然》杂志许可转载。 该文章于2011年8月16日首次发表。