【Cell子刊】细菌也有益于健康？

你以为是肠道中的感觉？不，它其实在你的大脑里，但有些确实是从胃肠道开始的。

生活在你肠道里的数万亿细菌——包括病毒、真核生物和古细菌——会合成一些神经递质，负责你的神经、焦虑和欣快。

当你的这些荷尔蒙不足或过多时，你的心理健康就会受到影响。

圣路易斯华盛顿大学McKelvey工程学院能源、环境与化学工程系副教授Tae Seok Moon说，他自己就经历过这种不平衡。他正在努力解决这个问题:基因工程细菌可以监控人体肠道内的化学物质生产，并修复任何失衡。

他的研究“Engineering ligand-specific biosensors for aromatic amino acids and neurochemicals”发表在11月11日的《Cell Systems》杂志上。

Moon说:“保持神经递质平衡是一项困难的工作。”但他已经开始了。2017年，Moon获得了一笔拨款，用于设计一种专门用于保护人们免受肾上腺素激增对健康产生负面影响的益生菌。

Moon的方法包括开发一种“细菌传感器”，可以检测人体肠道中的某些化学物质。他一直在自己的实验室里研究类似的传感器，目标是最终通过基因工程设计出一种具有不同传感器的模块化系统。他已经开发了温度、pH值、氧水平、光线、污染物和其他与疾病相关的化学物质的传感器。

特异性是关键！

Moon并不是第一个开发这种传感器的人，但到目前为止，它们大多都缺乏特异性。传感器很难区分结构相似的分子。

Moon说:“工程上的特异性是一大挑战。但我们已经证明，这是可以做到的。”

证据就在基因工程大肠杆菌Nissle1917 (EcN)中，这种细菌有一个传感器，只能检测一种分子。

该团队能够从细菌中天然存在的传感器通路开始。第一作者Austin Rottinghaus是Moon实验室的博士生，他和其他实验室成员使用计算机建模来探索突变如何影响通路的敏感性。研究人员能够开发出一种对他们感兴趣的分子敏感的传感器通路——并且只对那些分子敏感。

传感器被整合到EcN中，使细菌成为精确的猎手。它们可以区分苯丙氨酸(Phe)和酪氨酸(Tyr)，这是两个结构相似的分子，分别与疾病苯丙酮尿症(PKU)和2型酪氨酸血症有关。

该团队还开发了结构相似的苯乙胺(PEA)和酪胺(Tyra)传感器，这两种物质都存在于食物和肠道中。

通过这一概念的证明，Moon的实验室现在可以开发一种致动器——一种基于传感器收集到的信息而行动的蛋白质。例如，PKU是一种遗传性疾病，它会导致婴儿积累过多的苯丙氨酸。一个完全基因工程细菌可能具有一个检测氨基酸的传感器和一个在苯丙氨酸水平过高时能够降解氨基酸的致动器。

这些转基因生物的用途不仅仅局限于医学领域。它们还可以用来监测食品质量或调节微生物代谢工程的途径，这些过程用于生产许多药物、燃料或其他化学品。

然而，由于他的经历，Moon个人最感兴趣的是能够感知肠道中神经递质的细菌。他说：“如果浓度过高，细菌就会产生一种酶，降解目标化学物质。如果浓度过低，细菌就会产生一种可以合成更多化学物质的酶。”

大约95%的荷尔蒙血清素是由肠道内的细菌合成的。Moon说，当这种神经递质和其他神经递质失控时，一个人会遭受很大的痛苦。他想结束这种痛苦。

“这是我们工程解决方案的开始。”（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://phys.org/news/2021-11-bacteria-ourselveswell.html

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。