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麻省理工学院工程师为细菌开发基本计算元素

时间：2021-10-20 12:24:59 来源：

插图描绘了诱导肠道细胞的诱导细胞（涂在微绒毛中的大型粉红色细胞）并被外源添加的化学信号（小绿点）激活以表达特定基因，例如编码发光荧光素酶蛋白的乳蛋白酶（发光的细菌）。

麻省理工学院的新研究推出了一系列传感器，内存开关和可以编码在普通人体肠道细菌中的电路。

在我们的消化系统内部的“友好”细菌正在获得升级，这可能有一天可以被编程为检测和最终治疗结肠癌和免疫障碍等疾病。

在将在Cell系统中公布的纸质中，MIT的研究人员推出了一系列传感器，存储器开关和可以编码在普通人体肠道菌体ThetaiOtaOmicron中的电路。

这些基本计算元素将允许细菌感测，记忆和响应肠道中的信号，未来可能包括早期检测和治疗炎性肠病或结肠癌的应用。

研究人员以前建立了模型生物体中的遗传电路，例如大肠杆菌。然而，据生物工程和电气工程与计算机科学副教授和电气工程和计算机科学副教授蒂莫西·鲁（Timothy Lu），Quotothy Lu担任克里斯托弗·沃格特，在麻省理工学院的教授。

“我们希望与B. Thetaiotaomicr等菌株一起在许多人处于丰富的水平，并且可以长时间稳定地殖民肠道，”卢说。

该团队开发了一系列遗传措施，可用于精确地编程细菌内的基因表达。“使用这些部件，我们建立了四个可以在细菌的DNA中编码的传感器，该细菌的DNA响应信号，以在B. ThetaiOtaomicron内和关闭中切换基因的信号。”

这些可以是食品添加剂，包括糖，使细菌受到宿主食用的食物，voigt增加。

细菌“记忆”

感觉和报告肠道中病理学，包括出血或炎症的迹象，细菌需要记住这些信息并在外部报告。为了使他们能够这样做，研究人员配备了B.Thetaiotaomicron，具有一种遗传记忆。它们使用了一类称为重组酶的蛋白质，其可以通过识别特异性DNA地址并反转它们的方向来记录到细菌DNA中。

研究人员还实施了一种称为CRISPR干扰的技术，其可用于控制细菌中打开或关闭哪个基因。研究人员用它来调节B. ThetaiOtaomicron消耗特定营养物的能力并被抗菌分子杀死。

研究人员展示了它们的遗传工具和开关，在B. ThetaiOtaomicron殖民肠道的肠道内。当小鼠喂食含有正确成分的食物时，它们表明细菌可以记住小鼠吃的东西。

扩展工具包

研究人员现在计划扩展其工具的应用到不同种类的诱导物种。这是因为肠道的微生物构成因人的人而异，这意味着特定物种可能是一个患者中的主要细菌，但没有在其他人。

“我们的目标是扩展我们的遗传工具包到广泛的细菌，这些细菌是人肠中重要的共生生物，”卢说。

他补充说，使用微生物使用微生物感知和响应疾病迹象的概念。

此外，可以在该诱导工具包中建立更先进的遗传计算电路，以提高它们作为非侵入性诊断和治疗的性能。

“例如，当诊断疾病与工程细菌时，我们希望具有高的敏感性和特异性，”鲁说。“为了实现这一目标，我们可以将细菌探测到多个生物标志物，并且只有当它们都存在时触发响应。”

Tom Ellis，伦敦帝国学院伦敦综合生物中心集团负责人表示，该论文占据了许多为具有大肠杆菌而开发的最佳工具，并将其移到用常见的肠细菌使用。

“而其他人已经开发了工程遗传电路的工具和应用，或者在肠道中置于肠道中的细菌中，本文通过首次工程突出的菌株属的成员，最常见的细菌类型在我们的胆量中，“埃利斯说。

埃利斯说，这项研究迄今为止，在小鼠中的疗效，并在可以在人类批准之前，将有一条漫长的道路。

然而，本文真的开辟了一天的可能性，在长时间长时间居住在我们的肠道中的工程细胞。“这些可以做等任务，如感官和记录，甚至是原位合成治疗分子，何时何时。”


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