重新启动人体肠道

几十年来，前往国际目的地的美国人一直受到急性胃肠疾病的困扰，这些疾病可能是在前往其他国家旅行时引起的。美国疾病控制中心(CDC)警告说，根据目的地的不同，30%到70%的旅行者可能会因为摄入了不卫生的水或食物中存在的外来细菌或致病菌而出现胃肠不适。

但哈佛大学威斯生物工程研究所正在开发的新型生物技术，不仅可以帮助国外旅行者缓解急性胃肠疾病，还可以帮助那些患有慢性胃肠疾病的人胃肠道功能紊乱在本土发生炎症或急性疾病。

由美国国防高级研究计划局(DARPA)授予的一项新拨款，在工作过程中高达470万美元，将支持该项目的联合首席研究员Wyss核心教员Pamela Silver博士和Wyss高级职员科学家Jeffrey Way博士的努力，后者将与Wyss创始董事Donald Ingber博士合作。跨学科的Wyss团队旨在通过开发一群基因工程细菌来感知、报告和对抗有害的微生物入侵者，通过肉眼看不见的战术来对抗胃肠道疾病。

“旅行者的疾病对军队来说也是一个大问题，”西尔弗说，他也是哈佛医学院系统生物学系的教授。他说:“很多部队在部署到海外后都要休息一段时间，这对安全和战略都有影响，特别是在最严重的情况下，部队必须回国接受治疗。”

西尔弗和威将劫持大自然自身的机制来创造基因工程细菌，这些细菌被编程来识别和杀死有害的细菌病原菌．在他们之前开创性工作的基础上，这种合成细菌将被改造成检测胃肠道炎症释放的化学特征。然后，一旦检测到炎症，合成细菌中的一系列遗传回路将被触发，攻击入侵的细菌，并恢复健康的平衡胃肠道．

以益生菌药丸的形式服用，微生物工作组可能会大大缩短疾病的时间，使军事人员和度假者更快地恢复活动，并减少严重副作用的可能性。

然而，进入胃肠道的益生菌最终会离开胃肠道，这就提出了如何防止使用后益生菌对环境产生意想不到的影响的挑战。Silver和Way将设计他们的微生物协同工作，使用一组工程细菌，这些细菌只在特定的环境中被激活，当被特定的化学信号触发时——比如只在炎症患者体内发现的那种环境人体胃肠道．

“财团效应将基本上起到故障保险的作用，”Way说。“它将阻止任何无意中与环境中物种的遗传信息交换，防止益生菌联盟在地球以外的任何地方活跃和有效人类肠道正在经历一种特殊的胃肠道炎症。”

作为哈佛医学院和波士顿儿童医院的Judah Folkman血管生物学教授，以及哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院的生物工程教授，为了在体外测试和分析这些联合体的每个发展阶段，Ingber将采用人体内脏芯片技术，这是构成开创性人体器官芯片技术的几个微流控设备之一，这些技术来自他在威斯研究所的实验室。

芯片上的肠道能够在体外维持活的人类肠道细胞与微流控硅胶芯片内的活微生物群直接接触长达数周。使用芯片上的内脏，团队将模仿胃肠道炎症用活的人类细胞来研究病原体对工程微生物协作财团的反应。此外，为了防止意外的环境相互作用，芯片上的内脏将被用于模拟特定物种的化学信号，这些信号将触发财团的独家激活。

这项引人注目的工作将在接下来的两年半时间里进行，现在正式开始了，还包括来自布莱根妇女医院(BWH)的Georg Gerber，医学博士，公共卫生硕士，Lynn Bry，医学博士，博士，他们将进行体内研究，以及J. Craig Venter研究所(JCVI)的Daniel Gibson博士，他是细菌基因组完全合成的世界领导者。通过合作，该小组希望为理解和影响人类肠道微生物群奠定基础。肠道微生物群是居住在人体内的数百万微生物的集体基因组，其数量比我们体内的人体细胞多出10:1。

Ingber说:“这种多机构重新编程人类肠道微生物组的努力不仅对治疗胃肠道疾病有意义，而且为治疗无数受微生物组影响的其他疾病打开了新方法的大门，这代表了医学领域的一个巨大的新前沿。”