工程生物可以诊断克罗恩病的发作

莱斯大学的研究人员改造了一种细菌，使其具备诊断人类疾病的必要能力，这是合成生物学迈向临床应用的重要一步。

大肠杆菌的工程菌株能感知pH值，并在遇到酸中毒时发光。酸中毒是一种酸性状态，经常发生在结肠炎、回肠炎和克罗恩病等炎症性肠病发作期间。

科罗拉多大学(CU)医学院的研究人员在克罗恩病小鼠模型中使用了rice创造的有机体，显示酸中毒激活了一组标志性基因。人类中相应的基因特征在克罗恩病患者的活动性炎症中已经被观察到。研究结果可在美国国家科学院院刊．

该研究的合著者杰弗里·塔博尔(Jeffrey Tabor)的实验室设计了这种能感知ph值的细菌，他说，这种细菌可以被重新编程，产生在厕所中显示的颜色，而不是在加州大学医学院的实验中使用的荧光标签。

莱斯大学布朗工程学院生物工程副教授塔博尔说:“我们认为，它可以添加到食物中，并通过编程将厕所的水变成蓝色，在疾病刚刚开始发作时警告患者。”

在35亿年的历史中，细菌进化出了无数特定而敏感的基因回路来感知周围环境。塔博尔和他的同事们开发了一个生物黑客工具包，允许他们混合和匹配这些细菌传感器的输入和输出。这个ph值传感电路是由莱斯大学博士生Kathryn Brink在2019年的即插即用工具包演示中发现的。

PNAS该研究的共同作者肖恩·科尔根(哥伦比亚大学医学院粘膜炎症项目主任)和伊恩·卡特赖特(科尔根实验室的博士后)阅读了有关pH传感器的信息，并联系了塔博尔公司，看看它是否可以应用于克罗恩病的小鼠模型。

“事实证明，通过非侵入性方法测量肠道内的pH值是相当困难的，”科尔根说，他是加州大学医学院莱文-科恩医学和免疫学教授。

于是布林克花了几周时间将必要的传感器电路拼接到一个有机体上，并将其送到科尔根的实验室。

“通常情况下，你肠道内的pH值在7左右，这是中性的，但你会在克罗恩病中产生很多炎症疾病而pH值达到3左右，这是非常酸性的，”塔博尔说。

科尔根和他的同事已经研究了在这种条件下被打开和关闭的基因，“需要一种工具来测量肠道的pH值，以表明他们在体外实验中观察到的事情也真的发生在活的动物身上，”塔博尔说。

Colgan说:“定植这种菌株是在炎症活跃期间监测酸中毒的完美生物工具。”“将肠道基因表达与细菌pH值感知细菌相关联，被证明是肠道活跃炎症的一组有用和有价值的生物标志物。”

塔博尔说，他相信这种能感知ph值的细菌有可能被用于人体临床试验在数年。

塔博尔的工作得到了韦尔奇基金会(C-1856)和国家科学基金会(1553317)的支持。

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