利用基因工程改造后的大肠杆菌实时监测并记录肠道内环境信号

摘 要:

在人体肠道生态系统中生活着数以万亿的细菌。当肠道内的菌群平衡或肠道免疫平衡被打破,就会出现疾病。美国科研人员对大肠杆菌进行改造,使其能够在哺乳动物肠道定植,感知和记录环境刺激信号。利用这个系统,人们可以实时监测肠道内环境的变化,并可能开发出实时诊断和治疗方法。

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人体内有无数的细菌,这些细菌存在于皮肤表面、口腔、鼻腔、听觉腔和整个胃肠道。其中生活在胃肠道内的微生物菌群与宿主细胞的关系更为紧密,对宿主的健康、疾病、代谢等方面都具有重要影响。

在人体复杂的肠道生态系统中,数以万亿的细菌彼此相互竞争、相互合作,感知并与免疫系统、摄入的食物和其它细菌相互作用。当肠道内的菌群平衡被破坏,有害的细菌数量增多时,或肠道免疫平衡被打破,如克罗恩病(Crohn's)、腹腔疾病或大肠癌,肠道就会出现问题。

利用基因工程改造后的大肠杆菌实时监测并记录肠道内环境信号

人们一直以努力试图对这些疾病进行早期准确诊断。为了开发能够实时监测肠道微生物、并将监测数据用于疾病诊断,美国的科研人员通过基因工程方法,对大肠杆菌进行了改造,使其能够在哺乳动物肠道定植,感知和记录环境刺激信号。这项研究发表在2014年的《美国科学院院刊》(PNAS)。

基于先前的遗传记忆系统,科研人员构建了由两部分组成的系统,包括“触发元件”和“记忆元件”。“触发元件”来自于λ(lambda)噬菌体的cro基因,这是由四环素诱导的启动子调控转录;“记忆元件”是由lambda噬菌体的cI/Cro区域所组成,其中cI状态极其稳定,Cro状态在细胞分裂中也很稳定。

把这种改造后的大肠杆菌用于小鼠体内后,如果用四环素处理小鼠,所有检测的细菌都处于Cro状态;如果不对小鼠进行处理,这些细菌则处于cI状态。利用这个系统,人们可以实时监测肠道内环境的变化,并可能开发出实时诊断和治疗方法。

参考文献:

Kotula JW, Kerns SJ, Shaket LA, et al. Programmable bacteria detect and record an environmental signal in the mammalian gut. PNAS, March 2014 DOI:10.1073/pnas.1321321111

    日期:2014年04月07日  分类:其 它
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