研究发现,工程菌能从内部吞噬肿瘤

滑铁卢大学的一个研究团队已经成功改造出一种能够渗透实体肿瘤并从内部吞噬它们的细菌,这种方法未来有望提供一种无需手术即可摧毁癌性生长的途径。这项发表在《ACS合成生物学》期刊上的新研究详细介绍了这一工作,它代表了将土壤微生物转化为精准抗癌工具这一长达十年努力的最新进展。

饥饿细菌如何攻击癌症

这项技术的核心是产孢梭菌(Clostridium sporogenes),这是一种常见于土壤中的细菌,只能在无氧环境中生长。实体肿瘤的无氧核心——主要由死细胞构成——为这种微生物的萌发和繁殖提供了理想的生态位,它以肿瘤内的营养物质为食,从内部分解肿瘤。

"细菌孢子进入肿瘤后,会发现那里有大量营养物质且没有氧气,而这正是这种微生物偏好的环境,因此它开始摄取这些营养物质并不断生长,"滑铁卢大学化学工程教授马克·奥昆(Marc Aucoin)说道。"所以,我们现在占据了肿瘤的中心空间,细菌本质上是在帮助身体清除肿瘤。"

但这里有一个问题:当细菌向外侵蚀时,它们会在肿瘤边缘遇到低浓度的氧气,并在完成任务之前死亡。为了解决这个问题,研究团队首先引入了一个来自相关细菌的基因——一种名为noxA的生成水的NADH氧化酶——使产孢梭菌能够耐受氧气,这一结果已在2023年早期的一项研究中得到证实。在最新的后续研究中,研究人员解决了第二个问题:确保耐氧基因仅在细菌安全地在肿瘤内部建立后才被激活,而不是让它们在血液等富氧环境中存活。

内置安全开关

该解决方案依赖于群体感应机制,这是一种细菌释放化学信号的自然通讯系统,信号强度会随着细菌数量的增加而增强。研究人员对这些细菌进行了改造,使得耐氧基因仅在足够多的生物体聚集在肿瘤内部时才会开启,从而有效防止了过早激活。

"通过合成生物学,我们构建了一个类似电路的系统,但我们使用的不是电线,而是DNA片段,"滑铁卢大学应用数学教授布赖恩·英格尔斯(Brian Ingalls)说。"每个片段都有自己的任务。当它们正确组装在一起时,就会形成一个以可预测方式运作的系统。"

下一步计划

这两个组件——抗氧性和基于群体感应的安全开关——目前是分别开发和验证的。该团队现在计划将它们整合到单个生物体中,并在临床前试验中对集成系统进行肿瘤测试。该项目源于Bahram Zargar的基础研究工作,他是滑铁卢大学的前博士生,共同创立了位于多伦多的环境微生物学研究中心(CREM Co Labs),该中心与同为滑铁卢大学前博士生、在这项研究中发挥主导作用的Sara Sadr共同参与了这项研究。