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益生菌可以診斷預防和治療感染

2019-04-16 10:18:13 ? 來源：

麻省理工學院的工程師開發(fā)了一種天然和工程菌的益生菌混合物，用于診斷和治療霍亂，這是一種導致嚴重脫水的腸道感染。

霍亂疫情通常是由飲用水污染引起的，如果不治療，感染可能會致命。最常見的治療方法是補液，如果患者極度脫水，必須進行靜脈注射。然而，對于需要靜脈治療的患者并不總是可以進行靜脈治療，并且該疾病每年導致大約95,000人死亡。

麻省理工學院醫(yī)學工程研究所的醫(yī)學工程與科學Termeer教授詹姆斯柯林斯說，麻省理工學院團隊的新益生菌混合物可以作為預防措施在霍亂常見的地區(qū)消費，或者在感染發(fā)生后不久用于治療人?？茖W(IMES)和生物工程系。

“我們的目標是利用合成生物學開發(fā)一種廉價的方法來檢測和診斷以及抑制或治療霍亂感染，”該研究的高級作者柯林斯說。“如果人們可以廉價地快速追蹤疾病并用天然或工程化的益生菌治療它，它可能會成為世界上許多地方改變游戲規(guī)則的人。”

這篇論文的主要作者出現在6月13日出版的“科學轉化醫(yī)學”雜志上，他曾是前波士頓大學研究生寧茂，麻省理工學院博士后Andres Cubillos-Ruiz，以及前麻省理工學院博士后D. Ewen Cameron。

檢測和治療

為了創(chuàng)造他們對霍亂的“活體診斷”，研究人員選擇了一種叫做乳酸乳球菌的細菌菌株，它對人類消費是安全的，并用于生產奶酪和酪乳。

他們將這種細菌設計成一種基因回路，檢測由霍亂弧菌產生的分子，霍亂弧菌是引起霍亂的微生物。當工程乳酸乳球菌遇到這種被稱為CAI-1的分子時，它會引發(fā)信號級聯(lián)反應，開啟一種叫做β-內酰胺酶的酶。該酶產生紅色，可通過分析糞便樣品來檢測。這個過程現在需要幾個小時，但研究人員希望縮短這個時間。

研究人員希望進一步改造乳酸乳球菌，以便它可以治療或預防霍亂感染。他們開始通過設計微生物來生產可殺死霍亂弧菌的抗菌肽，但他們最終發(fā)現這些肽在被細胞分泌后變得無害。

然而，偶然地，研究小組發(fā)現，未經修飾的乳酸乳球菌實際上可以通過產生乳酸(一種新陳代謝的天然副產物)來殺死霍亂微生物。乳酸使胃腸環(huán)境更加酸性，抑制霍亂弧菌的生長。

乳酸乳球菌的工程化版本不能產生足夠的乳酸來殺死霍亂微生物，因此研究人員將工程菌與未經修飾的版本結合起來，創(chuàng)造出可以檢測和治療霍亂的益生菌混合物。在小鼠試驗中，研究人員發(fā)現，這種益生菌混合物可以成功預防霍亂感染的發(fā)展，也可以治療現有的感染。

替代抗生素

柯林斯說，他預計益生菌可以作為一種預防措施或一旦開始治療就可以用作藥丸或類似酸奶的飲料。有能力輕松診斷霍亂也可以幫助公共衛(wèi)生官員更早發(fā)現疾病并監(jiān)測疾病的傳播。

“我對這項研究感到特別興奮，因為它提出了一系列影響深遠，實用的可能性以及科學進步，”新加坡國立大學生物化學副教授Matthew Chang說，他沒有參與這項研究。。

“例如，這項工作無疑使我們能夠設想將益生菌與其改良形式結合使用，以監(jiān)測和預防霍亂，”Chang說。“更進一步，許多人可以利用這項研究，特別是其廣泛的”感知和反應“方法，設計出針對其他傳染性傳染病的各種基于飲食的預防策略。”

麻省理工學院的研究小組正在探索利用這種方法對抗其他微生物的可能性，例如導致胃腸道感染的艱難梭菌(Clostridium difficile)和可導致多種類型感染的腸球菌(Enterococci)。

柯林斯說：“人們越來越關注使用益生菌治療疾病，主要是因為人們越來越認識到微生物組及其在健康和疾病中的作用，以及尋找抗生素替代品的迫切需要。”

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