科学家改造细菌，让它们“吃掉”肿瘤

滑铁卢大学化学工程教授马克·奥库因博士说：“细菌孢子进入肿瘤，找到一个营养丰富且无氧的环境——这正是这种生物偏好的环境，于是它开始吞噬这些营养并生长。因此，我们现在正在定植那个中心区域，而这种细菌本质上是在帮助身体清除肿瘤。”
这种方法的核心是土壤中常见的一种细菌——产芽孢梭菌。它只能在完全无氧的环境中存活。实体肿瘤的核心由死细胞组成且缺乏氧气，为这种微生物的繁殖和扩散创造了完美条件。
克服氧气障碍
然而，存在一个挑战。当细菌向外扩张并到达肿瘤中接触少量氧气的区域时，它们在完全清除癌症之前就开始死亡。
为解决这一局限，研究团队插入了一种亲缘细菌的耐氧基因。这种修饰使经过基因工程改造的微生物能在肿瘤外围区域存活更长时间。
研究人员还需要一种方法来控制这种耐氧特性何时开启。过早激活可能会让细菌在血液等富氧区域生长，这是不安全的。为防止这种情况，他们利用了一种称为群体感应的天然细菌通讯过程。
群体感应依赖于细菌释放的化学信号。随着细菌数量增加，信号变得更强。只有当肿瘤内积累了足够数量的细菌后，信号才会达到开启耐氧基因的水平。这种时机确保细菌只在需要时激活其生存机制。
合成生物学与DNA电路
在早期研究中，该团队表明产芽孢梭菌可以通过基因改造更好地耐受氧气。在后续实验中，他们通过编程细菌产生绿色荧光蛋白来测试其群体感应设计，从而确认该系统在预期时刻被激活。
滑铁卢大学应用数学教授布莱恩·英格尔斯博士说：“我们利用合成生物学构建了类似电路的东西，但不是用导线，而是用DNA片段。每个片段都有其作用。正确组装后，它们形成一个可预测工作的系统。”
下一步是将耐氧基因和群体感应控制系统整合到单个细菌中，并在临床前试验中对肿瘤进行评估。
合作推动癌症创新
这项研究始于博士生巴赫拉姆·扎加尔在英格尔斯和滑铁卢大学退休化学工程教授陈璞博士的指导下所做的工作。该项目凸显了该校对跨学科健康创新的关注，汇集了工程、数学和生命科学领域的专家，将科学发现转化为现实世界的医疗解决方案。
滑铁卢团队正与环境微生物研究中心（CREM Co Labs）合作，这是一家由扎加尔博士联合创立的多伦多公司。该合作还包括萨拉·萨德尔博士，她是滑铁卢大学前博士生，在推进这项研究中发挥了主导作用。