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众所周知，人体内的细菌有些会致人疾病，但有些却会改善人的健康，目前比较熟知的一种方法是“粪便移植”以治愈某些肠道疾病、肥胖等症状。那么是否可以设计一些更多类型的“细菌药丸”呢？
近日，美国的合成生物学家正在设计一款可吞服的转基因细菌胶囊，但是没有人知道该如何将之规范。
预计明年，美国的志愿者将可以尝试填充有基因工程的大肠杆菌胶囊。该实验胶囊由在美国马萨诸塞州剑桥（Cambridge）市的合成生物学创业公司Synlogic设计研发，旨在治疗罕见代谢疾病，通过识别它们的细菌何时到达人的胃部，然后吸收大量的氨。
这种治疗方法将在2017年开始进行临床试验，并被这家公司的创始人命名为“合成抗生素（synthetic biotics）”，或称为肠道细菌被赋予遗传程序，让这些细菌“踏踏实实的”检测人体变化，如有变化便会采取行动，如递送药物或是释放有用的有色化学诊断试剂。
吞咽遗传修饰细菌的想法很神奇，但是特制的细菌可能是一种新的方式来接管生病后的人体不能执行的某种生理功能，作为药丸或注射试剂的一种替代疗法。
这种“人工智能”细菌是合成生物学形式的第一次医学使用，由Synlogic共同创始人和麻省理工学院James Collins教授从2000年开始推广。那年，Collins教授从电子学的提示中获取线索，构建了一个基本上是大肠杆菌的切换开关， 一个涉及两个可以在状态之间触发的基因电路。 通过这个漂亮的实验先例的启示，不久之后，普林斯顿科学家宣布他们会制作一个荧光细菌，并且它们可以闪烁。
科学家们一直试图通过操控细胞单元来完善身体的某些生理功能。这种想法在无数的专家小组，TED演讲和国际学生比赛中被证明是无与伦比与非常令人期待的。
但Synlogic公司的基因改造药丸的计划是这种想法的第一个具体医疗应用之一。 它通过在一种无害菌株如大肠杆菌里删除和添加几个基因，从而可以让它产生大量由人体摄入蛋白质分解的氮元素组成的氨。
通常，人体多余的氮会转变成变成尿，然后将之排泄掉，但有些人不能足够快地处理它。 他们最终的结果是转化成氨，高浓度的氨是有毒的，足以杀死新生儿，或者让孩子和成人产生谵妄和暴怒的行为。Synlogic设计的大肠杆菌将多余的氨转化成一种无害的氨基酸--精氨酸。
该公司的首席执行官J.C. Gutierrez说，一个人每天可能吞下一粒胶囊，就含有约1000亿个细菌。该公司迄今已筹集了7000万美元，包括来自Atlas Venture的投资公司，该公司也是该创业公司的创始团队的成员。
这种重新设计的靶向细菌不仅仅用于罕见疾病。最近，诸如由马萨诸塞大学Neil Forbes教授创立的Ernest制药公司等类似的创业公司，计划使用沙门氏菌抗击癌症，沙门氏菌是一种著名的导致食物中毒的细菌之一，它也可以在肿瘤细胞中靶向聚集。
Neil Forbes教授认为，细菌可以再编程，从而识别他们所在的肿瘤环境，提供新的抗癌方法。
之前，一家欧洲公司ActoGenix测试了含有转基因细菌的药片，但目前该款产品还未上市销售。
目前，该种基因工程的细菌疗法的还非常新颖，并未形成统一的药品命名规则。美国食品和药品监督管理局（FDA）将其称为“生物治疗产品（living biotherapeutic products）”。
据Trayer Biotherapeutics公司的创始人之一Yamayer Hernandez估计，目前，多达8到10个转基因药物正在等待美国FDA早期临床试验的审批通过。这家公司是马里兰州的一家初创公司，该公司打算设计一种乳酸菌，而苯丙氨酸这种成分在牛奶，坚果和零度可乐和其他饮食苏打中存在，但有些人不能消化。 Hernandez说，设计基因改造的细菌粉末，撒在食物上就可以用来代谢它。
“这就像非常饥饿的河马，只是针对苯丙氨酸非常喜欢，”他解释说。
将细菌用于治疗的方法对于医学并不陌生。抗结核疫苗是用减活细菌制成的。而价值35亿美元的美国益生菌市场上，保健食品店里卖的药丸和酸奶都含有保持肠道健康的益生菌。
但是没有人十分确定如何掌控一个转基因药丸其服用后一直保持活性，直到排泄掉为止。 Gutierrez说，在某种情况下，取决于基因如何被修改。除了FDA，生产转基因药丸也可能被美国环境保护局（U.S. Environmental Protection Agency）叫停。
经过基因工程改造的细菌存在一些风险：其中一个就是细菌可以彼此交换DNA，这意味着基因改造后可能与预期完全不同。生物科学家说，经实验证实，基因工程组的生物对其野生细菌几乎没有生存的机会，细菌通常会死亡，它们的遗传基因随之灭绝。
Synlogic公司表示，他们经过基因编程的细菌胶囊赋予了一些额外的属性，使它们更安全。 Gutierrez说，人类进食中的氨转化仅在人类肠胃的低氧环境中开启，不仅依赖于营养素，如胸腺嘧啶等因素，而且消化道的这种物质还不多。 他说，正因为如此，细菌在灭亡之前只会分裂一次。
参考英文原文
《Companies Bet on Designer Bacteria as New Way to Treat Disease》
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文 | 医谷 刘锐译
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