在不遠的將來，我們每個人都將能夠用基因改造的“智慧”細菌來定植我們的腸道，這些細菌可以在最早的可能時刻檢測並消除疾病。這種情況聽起來可能像是科幻電影的前提，但這是一個非常真實的可能。微生物群工程具有廣闊的前景，這歸功於合成生物學領域的進步，該領域致力於創造和重組生物有機體，使其執行期望的任務。合成生物學家正試圖將細菌細胞變成矽片的生物學等價物。這些原理主要應用於生物燃料生產的生物體，但由此產生的技術和基因工具包，當應用於我們常駐的微生物時，將對人類健康產生深遠的影響。
這些常駐微生物非常擅長感知存在哪些食物，是否存在潛伏的病原體以及腸道的炎症狀態——它們的生存取決於此。我們實驗室用於初步測試的模型腸道常駐細菌物種——脆弱擬桿菌，擁有100多個基因迴路，每個迴路都對腸道內的不同訊號做出反應。如果脆弱擬桿菌“看到”了你最近吃的蘋果中的果膠，一個迴路就會被觸發。如果你吃了一個富含沙門氏菌的荷包蛋，由此產生的腸道損傷會觸發脆弱擬桿菌中的另一個迴路。這些迴路中的每一個都可以被重組，以便環境訊號引發設計好的反應。我們早期的測試側重於最佳化脆弱擬桿菌的DNA記憶裝置，以便我們可以記錄這種細菌在透過腸道時的經歷。可逆的DNA片段被設計成像開關一樣翻轉，具體取決於細菌檢測到的物質。DNA片段的兩種可能的方向（向前或翻轉）類似於二進位制計算機位，記錄1或0。讀取細菌的基因記憶晶片在它排出腸道後，將揭示關於單個細胞在消化道中旅程的基本原理。
我們還在努力設計細菌，使其在檢測到炎症時分泌抗炎分子，從而在腸道內提供定點藥物遞送，並在炎症消除後自動關閉。除了記錄記憶和治療炎症外，這些智慧細菌最終可能有助於對抗入侵的病原體、診斷癌症早期階段、糾正腹瀉或便秘，以及調節情緒或行為。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關當今塑造我們世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
開發確保這些生物體可控的安全機制也很重要。我們正在努力為工程改造的微生物設計一個“自殺開關”，以便在必要時消除它們。
腸道微生物群指導著我們的免疫系統、新陳代謝，甚至我們的情緒和行為。隨著我們更多地瞭解我們與常駐微生物之間關係的細節，我們將能夠以各種方式對其進行基因改造，以改善人類健康。