STM：工程改造细菌，简单检测癌症和糖尿病

斯坦福大学的研究人员最近设计并完成了一个应用在医学诊断的新工具：使用活细菌制成的生物传感器能够在感应到疾病时发出特定的颜色。研究者重新改造布阵了细菌内部的“基因电路”，使细菌能够识别尿液样品中异常的葡萄糖水平，提示糖尿病的存在。这个新技术的发明，属于合成生物学的领域的一个突破。这篇文章发表在最新一期的Science Translational Medicine。

细菌可以回应和适应它们周围的环境，而这种能力是目前的诊断设备所不能拥有的。它们是对外来物质非常灵敏的检测器。即使是在恶劣的环境中，它们也能生活很长一段时间。由于细菌拥有的惊人繁殖能力，所以复制制造上千个测试又是非常简单便捷。所以科研人员试图使用活细菌来进行诊断工作。

斯坦福大学2013年成功建设了具有里程碑意义的“生物计算机”。这种方法与电子（晶体管控制的电子沿着电路流动）有相同的概念。不过不同的是，他们使用遗传物质——转录因子来代替硅，构成晶体管状装置，控制重要蛋白质沿着DNA链流动，如同铜线上电子在流动。这些转录因子作为“Logic gates”的生物版本，组成发送和接收信号电路。

在这文章中，研究人员往大肠杆菌细胞中整合并悬浮内部凝胶状球，而后这些细菌就能以“是和否”的方式回答这个生物问题：“检测到葡萄糖了？”在实际检测中，在12个不同的糖尿病患者的尿液中，细菌发出红色荧光，显示异常葡萄糖水平的的存在。这个办法能够提供血糖水平异常的早期诊断。不过，这项以尿液为基础检测手段还将需要改进——因为是针对体内系统的检测，而不是在排泄出的尿液中。排泄的尿液中疾病信号出现往往较晚，而血液水平往往能提供更多实时地信息。

在另一项合成生物学领域的研究中，美国加州大学圣迭戈分校和麻省理工学院的科研人员编程细菌，并利用它们在尿液中找到转移性癌的信号。癌转移难以检测或常规成像，如果能早期发现，患者治疗可以更及时。研究人员改造大肠杆菌细菌，使它们在小鼠体内遇到遇到肝脏肿瘤细胞变会产生特定的酶。产生的酶分解被提前注射入小鼠的化合物，释放发光分子，而发光分子能够在尿液中被检测到。研究者向小鼠喂养细菌，成功从尿液里检测到从结肠、肺、卵巢和胰腺肿瘤扩散到肝脏的转移瘤。

虽然合成生物学还不能从头开始创建人工生命，但这些科研技术，能够将细胞的原始“操作系统”改为实验所需，并投入实际工作中。虽然仍然有技术障碍需要克服，细菌生物传感器一旦投入临床，或许将以其快速、便宜、比传统的测试更耐用的优点受到欢迎。

原始出处：

Alexis Courbet1, Drew Endy2, Eric Renard3, Franck Molina1,* and Jérôme Bonnet4,*.Detection of pathological biomarkers in human clinical samples via amplifying genetic switches and logic gates.Sci Transl Med, May 27, 2015.DOI: 10.1126/scitranslmed.aaa3601