改造细菌基因用于疾病治疗

新浪
2018-07-18

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新浪2018-07-18

科研人员正在探索将大肠杆菌作为人类基因治疗载体的方式。
科研人员正在探索将大肠杆菌作为人类基因治疗载体的方式。

科学家正在对经过基因改造的大肠杆菌和其他细菌进行人体试验,探索细菌用于疾病治疗的可能。

人们通常选择服用药物来对抗细菌。如今,一种反直觉的方法悄然而起——通过基因改造把细菌变成药物。

目前有好几家公司正在测试经过基因改造的细菌是否可用于治疗大脑,肝脏和其他器官的疾病,甚至用来杀死其他有害的微生物。尽管美国监管局已批准将几种经过基因改造的细菌作为一种基因治疗方式进行试验,但在微生物相互传递DNA的能力是否会造成长期安全风险方面仍存在争议。

将细菌作为基因治疗载体的想法始于上世纪90年代,但早期的临床试验结果差异显著。近年来,越来越多的证据表明生活在人体内的细菌(即微生物组)会对人体产生健康,对转基因细菌治疗的关注度也水涨船高。研究人员正在探索是否能够通过改变人们体内或所吃食物内的常见微生物来治疗疾病。

新加坡国立大学合成生物学家Matthew Chang认为,转基因细菌具有治疗多种疾病的潜力。他的团队正在研究是否能通过基因工程使肠道内的大肠杆菌和乳酸杆菌具备识别和消灭有害微生物的能力。 “这是一个快速发展的领域,”Chang说。他还表示他正与新加坡监管局就开始相关临床试验进行积极磋商。

关于转基因细菌的部分研究

相关研究的一个亚方向是使用转基因细菌治疗遗传性疾病苯丙酮尿症。苯丙酮尿症患者的体内缺乏分解苯丙氨酸的酶,而苯丙氨酸在体内堆积会最终导致神经损伤。

6月初,美国微生物学会年会在佐治亚州亚特兰大举行,来自马萨诸塞州的生物技术公司Synlogic的研究人员在会上表示,猴子和其它动物的对照试验表明,经过基因修饰的大肠杆菌可产生一种降解苯丙氨酸的酶和一种能够将苯丙氨酸从血液转运到细胞内的蛋白质,让猴子血液中苯丙氨酸水平降低了一半以上。

Synlogic生物技术公司首席执行官Aoife Brennan表示,今年4月他们已经开始在健康的人类志愿者中展开相关临床试验,一旦确定该疗法是安全的,他们就会在苯丙酮尿症患者中进一步测试这种细菌。此外,也在4月,Synlogic公司还对另一种大肠杆菌进行了试验,这种改造后的大肠杆菌可以产生特定的酶,清除代谢性肝病患者血液中堆积的氨。

位于马里兰州的另一家公司Intrexon对乳酸乳球菌(一种用于生产奶酪的细菌)进行了基因改造,改造后的细菌可以产生保护皮肤表层的蛋白质。一项有200名癌症患者参与的正在进行的临床研究将测试乳酸乳球菌漱口液是否能预防化疗造成的口腔溃疡。

今年7月,该公司的新研究将向糖尿病患者注射另一种乳酸乳球菌,这种乳酸乳球菌不仅能产生人胰岛素的前体,还能产生提高外周细胞对胰岛素敏感性的蛋白。

Intrexon和Synlogic两家公司分别对不同的细菌加以改造,让细菌不易在人体内形成集落。这也表示患者必须定期补充这些改造后的微生物以确保效应分子的有效浓度。 另一方面,其它公司正在寻找能使转基因细菌在体内形成菌落的方法。

美国加州生物技术公司Osel计划在年末向政府申请将一种基因改造的乳酸杆菌菌株用于预防艾滋病病毒的传播。研究表明,女性阴道本身含有较高的乳酸杆菌水平,可以预防艾滋病病毒。Osel公司尝试通过基因工程增强细菌的保护功能,改造后的乳酸杆菌能携带能预防艾滋病病毒感染免疫细胞的特定蛋白。

安全性担忧

在转基因细菌正式投入使用前,我们仍面临许多挑战。Brennan表示,“由于转基因细菌的效果并不像药物那么立竿见影,科学家需要真正搞清楚细菌与人体的相互作用。”

另一大风险在于,转基因细菌可能将其携带的人类基因传递给体内其他细菌,这种传递的后果目前尚不明确。为尽可能避免这种交换,有几家公司将基因改造的目标定为细菌的染色体内的DNA而非质粒内的DNA,质粒是可以在细菌间来回传播的微小DNA片段。除此以外,研究人员还内置了生物“杀伤开关”,让微生物在离开人体后无法存活。

然而,这种策略也可能失败。英国东安格利亚大学的免疫学家Simon Carding的团队使用改造后的卵形拟杆菌通过调节免疫系统治疗结肠炎。 为防止卵形拟杆菌在体外生存,小组让细菌必须依赖肠道细菌产生的胸苷存活。研究人员在进行基因改造时也注意了修饰染色体内而非质粒内的DNA。

但是在小鼠服用这种改造细菌的72小时后,研究人员发现卵形拟杆菌已将改造的基因传递给小鼠肠道中的其他细菌,同时也获得了不依赖胸苷存活的基因。

这一结果让 Carding 放弃了寻找转基因细菌疗法的努力。 “如果不能很好地控制这些基因传递,这种治疗方法可能会造成危害。”他表示,“如果不能阻止其他细菌获得这些外源性基因,也就意味着其他细菌也可以产生效应蛋白质。”

Synlogic、Osel和其他公司表示他们从未观察到这种基因传递,但他们同意存在这种可能。Chang说,“细菌非常聪明,他们知道如何生存”。他还表示,让基因改造细菌定植并形成菌落或让它们快速消亡,究竟哪一种方法更好尚无定论,但接下来的临床实验或许能以这一问题为方向。

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