苏黎世大学CauãAntunes Westmann等人：揭示Escherichia coli Nissle 1917益生菌工具包与缓解肠道炎症性疾病之间的关系
ACS Synthetic Biology，IF=3.7
●肠道炎症性疾病（IBD）是一种全球范围内影响超过六百万人的慢性复发性胃肠道炎症疾病。当前的治疗方法虽然能诱导临床缓解，但往往伴随系统性副作用，且缺乏根治手段。本文中，研究人员通过设计并工程化益生菌Escherichia coli Nissle 1917（EcN），开发出一种新型的目标特异性系统，旨在精准治疗IBD。
该系统由三部分组成：基于转录因子NorR的炎症标志物一氧化氮（NO）检测模块、I型溶血素分泌系统，以及包含人源化抗TNF-α纳米抗体的治疗性负载。实验结果显示，该系统在检测到NO后能够浓度依赖性地响应，并成功分泌出功能性的纳米抗体，这些抗体在结合TNF-α的能力上与常用药物Adalimumab相当。
为了深入研究EcN在治疗IBD方面的潜力，苏黎世大学进化生物学与环境研究系CauãAntunes Westmann等作者团队于2024年8月8日在【ACS Synthetic Biology】杂志上发表题为“ Engineering a Novel Probiotic Toolkit in Escherichia coli Nissle 1917 for Sensing and Mitigating Gut Inflammatory Diseases ”的研究成果，首次在EcN中表征了这种分泌系统，为其作为蛋白质筛选和纯化平台提供了可能。此外，研究还提出了一个数学模型框架，用于评估工程化益生菌系统中的关键参数，如相关分子的生产和扩散、细菌定殖率以及粒子相互作用，为未来进一步开发和优化基于EcN的疗法提供了有力支持。
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成果介绍
（1）开发了基于EcN的IBD治疗系统
首先，该研究团队成功构建了包含NO检测模块、分泌系统和人源化纳米抗体的工程化EcN系统，该系统能够响应肠道炎症标志物NO，分泌出具有治疗潜力的纳米抗体。
（2）验证了NO检测模块的有效性
通过荧光报告基因实验，研究评估了不同NO浓度下系统的响应，并发现增加核糖体结合位点的数量会显著影响系统的灵敏度和泄漏程度。
（3）实现了纳米抗体的功能性分泌
实验结果显示，该系统分泌的纳米抗体具有与常用药物相当的TNF-α结合能力，并在细胞实验中表现出显著的抗炎效果。
（4）建立了数学模型框架
该研究还建立了一个数学模型，用于评估工程化益生菌系统在肠道炎症治疗中的关键参数，为进一步优化和设计提供了理论依据。
苏黎世大学进化生物学与环境研究系的CauãAntunes Westmann为本文的通讯作者，Nathalie Weibel为第一作者。这项研究得到了多个资金来源的支持。zurichu通过UZH校友科学，科学学院 (MNF)，医学院，副总裁研究和总统服务提供学术资金。私人赞助由Pierre Fabr提供。
● 创新性/应用前景
该研究创新性地结合了NO检测、分泌系统和纳米抗体技术，构建了一种针对肠道炎症性疾病的新型益生菌治疗工具包。该系统不仅提高了治疗的靶向性和精准度，还避免了传统治疗方法的系统性副作用。未来，该系统有望在IBD的临床治疗中发挥重要作用，并作为蛋白质筛选和纯化的平台，促进更多基于EcN的疗法的开发和应用。
参考文献
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.4c00036
专家/团队介绍
CauãAntunes Westmann，苏黎世大学进化生物学与环境研究系在读博士生，在合成生物学、肠道微生物学及炎症性疾病治疗等领域具有深厚的研究背景和丰富的经验。通过跨学科合作，他们成功地将先进的生物工程技术应用于益生菌EcN的改造，为肠道炎症性疾病的治疗提供了新的思路和方法。
主要研究方向：进化，合成生物学，微生物学，基因调控。
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