作者：瑪麗安·特納，來自自然雜誌
可以檢測並殺死人類病原體的工程細菌可能為治療抗生素耐藥性細菌提供一種新方法。研究人員利用合成生物學工具，賦予細菌在任何天然菌株中都未見過的治療特性——儘管它們不會很快被注射到人體內。
“我們的研究是合成生物學如何用於對抗細菌感染的第一個例子，” 生物化學工程師 Matthew Chang 說，他是這篇論文的作者之一，該論文今天發表在《分子系統生物學》雜誌上。
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新加坡南洋理工大學的 Chang 和他的團隊已經設計出一種大腸桿菌菌株，可以攻擊銅綠假單胞菌，這種細菌會引起致命感染。
銅綠假單胞菌透過產生稱為綠膿菌素的毒性蛋白質來與其同種細菌競爭。 Chang 的團隊利用了這種分子系統，透過賦予大腸桿菌綠膿菌素 S5 的基因，它可以殺死感染人類的銅綠假單胞菌菌株。 因為每種綠膿菌素僅針對特定的細菌菌株，所以該毒素不會殺死體內居住的其他細菌。
“綠膿菌素是銅綠假單胞菌自身物種特異性的抗生素，因此使用綠膿菌素代替廣譜合成抗生素可能有助於減緩抗生素耐藥性的傳播，”Chang 說。
綠膿菌素重拳
加利福尼亞州南舊金山 AvidBiotics 公司（一家銷售不同型別綠膿菌素的製藥公司）的微生物學家 Dean Scholl 說，對綠膿菌素的耐藥性發展可能比對其他抗生素慢。“到目前為止，我們還不知道任何綠膿菌素耐藥基因可以在質粒上的細菌菌株之間移動，而這正是許多小分子抗生素耐藥性轉移的方式，”他說。
Chang 和他的團隊深入研究了銅綠假單胞菌生物學的另一個方面，他們設計出的大腸桿菌只有在檢測到銅綠假單胞菌彼此傳送的化學訊號時才會破裂並釋放綠膿菌素。
在實驗室實驗中，在與工程大腸桿菌一起培養的銅綠假單胞菌中，只有 1% 存活下來。 當大腸桿菌存在時，銅綠假單胞菌生物膜（比單個細胞更具毒性且對抗生素更具耐藥性的細菌菌落）也變得更薄更稀疏。
Chang 說，該團隊正在改進他們的大腸桿菌，以便在進行動物模型實驗之前提供更強的綠膿菌素重拳。
倫敦健康保護署感染中心的微生物學家 David Livermore 說：“這是一個非常精妙的生物學方法，但似乎很難將其轉化為一個實用的系統。” 目前，只有當工程大腸桿菌細胞數量超過銅綠假單胞菌四比一時，這種治療才有效。
Livermore 說：“我也會非常謹慎地將活的大腸桿菌放到燒傷處或呼吸道中，這些地方是我們經常看到假單胞菌感染的地方，但也是你不希望新增細菌的地方。” 他認為，工程細菌可能更適用於治療腸道感染，因為腸道內已經有大量細菌。
該研究的作者表示，他們系統性的工程細菌方法也將使這成為可能。 “我們分別設計並表徵了三個生物學要素——毒素產生、細菌感知和細胞裂解，” 該研究的另一位作者，生物工程師 Chueh Loo Poh 說。“它們就像積木一樣，因此它們的任何組合都可以互換，以適應不同感染的生物學特性。”
該團隊已經在設計另一種大腸桿菌菌株，以靶向霍亂弧菌，這種細菌會感染人類腸道並引起霍亂。
本文經《自然》雜誌許可轉載。 該文章於2011年8月16日首次發表。