科學家正在改造細菌從內到外吞噬癌性腫瘤

滑鐵盧大學化學工程教授馬克·奧奎因博士說：“細菌孢子進入腫瘤，它們找到一個有大量營養物質但沒有氧氣的環境，而這正是該生物體所喜歡的，因此它開始吸收這些營養物質並變大。” “所以，我們現在在那個中心空間定殖，細菌基本上清除了體內的腫瘤。”

這種方法的核心是孢子桿菌，常見於土壤中的細菌。它只能在完全沒有氧氣的地方生存。實體瘤的內核由死亡細胞組成，缺乏氧氣，這為這種微生物的繁殖和擴散創造了理想的條件。

克服氧氣屏障

但有一個挑戰。當細菌向外擴張並到達暴露於少量氧氣的腫瘤區域時，它們在癌症完全消除之前就開始死亡。

為了解決這個缺點，研究小組引入了來自相關細菌的一種更耐氧的基因。這種修飾使得工程微生物能夠在腫瘤外部區域附近停留更久。

研究人員還需要一種方法來控制耐氧功能何時開啟。過早激活它可能會讓細菌在血液等富含氧氣的區域生長，這可能是不安全的。為了防止這種情況，他們使用了一種稱為群體感應的天然細菌通訊過程。

群體感應依賴細菌釋放的化學訊號。隨著它們的數量增加，訊號變得更強。只有當腫瘤內累積了足夠的細菌後，訊號才會達到開啟抗氧基因的水平。這種時機確保細菌僅在需要時才啟動其生存機制。

合成生物學和 DNA 電路

在先前的一項研究中，該團隊展示了這一點 產孢梭菌 它們可以經過基因改造以更好地耐受氧氣。在後續實驗中，他們透過對細菌進行編程以產生綠色螢光蛋白來測試其群體感應設計，使他們能夠確認系統在預定時刻被激活。

「利用合成生物學，我們建構了類似電路的東西，但我們使用的是 DNA 片段而不是電線，」滑鐵盧大學應用數學教授 Brian Ingalls 博士說。 “每個部分都有其功能。如果正確組合在一起，它就會形成一個以可預測的方式運行的系統。”

下一步是將耐氧基因和群體感應控制系統結合到單一細菌中，並在臨床前試驗中評估它們對腫瘤的抵抗力。

合作推動癌症領域的創新

這項研究始於博士生 Bahram Zargar 在 Ingalls 和滑鐵盧大學退休化學工程教授 Bo Chen 博士的指導下的工作。該計畫凸顯了該大學對跨學科健康創新的關注，匯集了工程、數學和生命科學領域的專家，將科學發現轉化為現實世界的醫療解決方案。

滑鐵盧團隊正在與環境微生物學研究中心 (CREM Co Labs) 合作，該中心是一家由 Zargar 博士共同創立的多倫多公司。該合作夥伴還包括滑鐵盧大學前博士生 Sarah Sadr 博士，她在這項研究的開發過程中發揮了主導作用。