【JACS】麻省理工研究员给细菌“穿衣服”，轻松制成无需冷藏的“活菌治疗药物”！

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作者：Liz Zee

导读：肠道微生物组对于维持身体的整体健康和预防疾病至关重要，当这些微生物在体内的平衡状态被打破时，人就会生病。微生物治疗药物对于解决这些问题是很重要的，但这些微生物必须是活的。许多潜在的治疗菌种是厌氧菌，因此很难制造，而且现有保护方法的效力有限，这使得生产活菌治疗药物几乎成了不可能的事。近日，麻省理工的化学工程师为微生物创造了一种涂层，可以很容易地利用微生物来治疗胃肠道疾病。

人类的肠道是数千种细菌的家园，其中一些细菌有治疗多种胃肠道疾病的潜力。一些菌种可能有助于治疗结肠癌，而另一些菌种可能有助于治疗或预防感染，比如艰难梭菌（C. difficile）。

开发这些“活菌治疗药物”（living biotherapeutics）的障碍之一是——许多可能具有治疗作用的菌种（大部分是厌氧菌），无法接触氧气，这就使得制造、储存和运输这些药物非常困难。

麻省理工学院的化学工程师现在已经表明，他们可以用一种涂层来保护这些细菌，能够让它们安全地在制造过程中存活下来。

研究论文于12月9日发表在《Journal of the American Chemical Society》上，名为“Protection of Anaerobic Microbes from Processing Stressors Using Metal–Phenolic Networks”。在实验中，研究人员将涂层涂在大肠杆菌菌株，以及另一种可能有助于消化植物淀粉的菌种上。他们说，这种涂层也可以应用于许多其他菌种。

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c09018

“我们相信这种涂层可以用来保护几乎所有的感兴趣的微生物，”该研究的资深作者Ariel Furst说，“我们认为有的微生物可以帮助治疗各种疾病，我们可以保护它们在制造和生产的过程中不受氧气的影响。”

保护涂层

大多数寄生在人类肠道中的微生物是厌氧的，它们对氧气有不同程度的敏感性。有些可以忍受少量的氧气，而对于大多数其他微生物来说，氧气是致死的。

因此，很难测试它们治疗人类疾病的潜力（细菌需要冷冻干燥并配制成胶囊才能用于治疗）。在这项研究中，Furst及其同事决定尝试在厌氧菌的表面覆盖一种由金属离子和多酚类有机化合物制成的材料来保护它们。

当多酚类物质和金属离子被放入溶液中时，它们会形成一个二维的网格状薄片。在这项研究中，研究人员使用了（人类可安全食用的）铁，以及三种美国FDA归类为GRAS（generally regarded as safe，一般认为安全）的多酚——没食子酸、鞣酸（别名单宁酸）和表没食子儿茶素，这三种多酚都天然存在于茶和其他植物产品中。

将细菌添加到溶液中，这种材料就会在单个细菌细胞上自行组装成一层涂层。这种涂层可在冷冻干燥和制造过程中保护细菌。研究人员发现，包被的细胞是健康的，能够进行正常的细胞活动，尽管它们的生长暂时受到抑制。当暴露于酸性环境中时，例如在胃中，涂层会分解并释放细菌。

研究人员用来测试涂层的菌株之一是拟杆菌。这种细菌具有专门消化碳水化合物的酶，在健康人的肠道微生物群中似乎更为丰富。然而，由于它们对氧气非常敏感，因此很难研究这些细菌作为生物治疗药物将如何改善健康状况。

具有这种保护涂层的细菌在农业应用上也同样有用，例如帮助作物更具抗逆性，提高生存能力。这种涂层的另一个可能的用途是用来保护用作疫苗的微生物。卡介苗是由减毒牛型结核杆菌悬浮液制成的活菌苗，很难生产，必须在低温下储存。Furst说，给它涂上一层保护涂层可以不必冷藏，且更易运输。

“如果我们能够消除对冷藏和运输的需求，我们认为这将使许多治疗方法得到更广泛的应用。”她说。

参考资料：

https://news.mit.edu/2021/microbe-coating-biotherapeutics-1210

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。

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