活医学消除抗生素耐药生物膜

在医疗植入物上生长的细菌具有围攻心态。它们形成生物膜，其功能就像城堡的墙壁一样。为了破坏这些墙壁，科学家们设计了一种细菌，它能产生和分泌溶解生物膜结构并杀死生物膜细菌的酶。一旦将工程细菌注射到感染部位附近，它就会像微型工兵一样发挥作用，打破抵御抗生素和免疫系统要素的防御。

隶属于基因组调控中心(CRG)和Pulmobiotics的科学家们用肺炎支原体制造了一个工兵。通常，这种细菌是人类肺部病原体。然而，它的属性使其成为合适的招募对象。它具有独特的遗传密码，降低了基因转移的可能性，并且它缺乏细胞壁，这使得它能够表达针对病原菌肽聚糖的蛋白质。

为了让肺炎支原体做好战斗准备，科学家们剥离了该细菌的基因组，消除了其引起疾病的能力。然后，科学家们修改了基因组，以增强细菌分泌表达因子的能力，由于额外的基因组修改，其中包括抗生物膜因子。总而言之，这些修改产生了“活生生的药物”。

科学家们在体外、离体和体内测试了他们的活体药物治疗金黄色葡萄球菌感染的导管的能力。据科学家称，活体药物消除了所有三种情况下的感染。此外，将这种疗法注射到小鼠皮下可以治疗82%的受治疗动物的感染。

详细的结果发表在《分子系统生物学》杂志上一篇题为“设计基因组减少的细菌以消除体内金黄色葡萄球菌生物膜”的论文中。在这篇论文中，科学家们乐观地认为，可以开发出活体疗法来消除导管、起搏器和假体关节等医疗植入物上生长的感染。这些感染对抗生素具有高度耐药性，占医院环境中所有感染的80%。

“我们首先确定，去除致病因素可以完全减弱体内底盘菌株的毒力，”该文章的作者写道。“然后，我们设计了合成启动子并鉴定了内源肽信号序列，当与异源蛋白质融合时，可以促进有效的分泌。基于此，我们为底盘菌株配备了一个旨在分泌抗菌膜和杀菌酶的基因平台，从而产生了能够溶解金黄色葡萄球菌生物膜的菌株。”

新的治疗方法专门针对生物膜，即粘在表面上的细菌细胞菌落。医疗植入物的表面是生物膜的理想生长条件，它们形成坚不可摧的结构，防止抗生素或人体免疫系统破坏嵌入其中的细菌。与生物膜相关的细菌对抗生素的抵抗力比自由漂浮的细菌强一千倍。

金黄色葡萄球菌是最常见的生物膜相关细菌之一。金黄色葡萄球菌感染对传统抗生素没有反应，需要患者通过手术切除任何受感染的医疗植入物。替代疗法包括使用抗体或酶，但这些都是广谱疗法，对正常组织和细胞具有剧毒，会导致不良副作用。

该研究的作者假设，在生物膜附近引入直接产生酶的活生物体是一种更安全、更便宜的治疗感染的方法。细菌是一种理想的载体，因为它们的基因组很小，可以通过简单的遗传操作进行修改。

研究人员的近期目标是使用改良细菌来治疗呼吸管周围形成的生物膜，因为肺炎支原体自然适应肺部。

“我们的技术基于合成生物学和活体生物疗法，旨在满足肺部应用的所有安全性和有效性标准，呼吸系统疾病是首要目标之一，”该论文的共同通讯作者MaríaLluch博士说。Pulmobiotics的研究和CSO。“我们的下一个挑战是解决大规模生产和制造问题，我们预计将于2023年开始临床试验。”

改良细菌也可能对其他疾病有长期应用。“细菌是‘活医学’的理想载体，因为它们可以携带任何给定的治疗蛋白来治疗疾病的根源，”ICREA研究教授、CRG主任、该研究的合著者LuisSerrano博士指出。“该技术的一大好处是，一旦到达目的地，细菌载体就能连续、局部地生产治疗分子。与任何车辆一样，我们的细菌可以通过针对不同疾病的不同有效载荷进行修改，未来可能有更多应用。”

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