Cell：细菌为健康导航，改造肠道细菌，使其能在体内“感知”并“报告”消化不良
来源：iNature 2026-03-03 09:07
该研究开发了多形拟杆菌（B. thetaiotaomicron）生物传感器，通过粪便取样实现了灵敏、连续和非侵入性的监测，证明了它们在实时肠道诊断方面的潜力。
人类肠道是一个动态的环境，其中pH值、氧气和渗透压的变化会影响微生物群的组成和疾病。监测这些环境变化对于推进肠道健康诊断和治疗至关重要，但非侵入性监测工具仍然有限。包括多形拟杆菌在内的遗传易处理的共生体为工程生物传感器提供了有前途的底盘，但缺乏用于精确传感和报告的模块化系统。
2026年1月28日，加拿大不列颠哥伦比亚大学Carolina Tropini团队在Cell在线发表题为A Bacteroides synthetic biology toolkit to build an in vivo malabsorption biosensor的研究论文。该研究开发了多形拟杆菌（B. thetaiotaomicron）生物传感器，通过粪便取样实现了灵敏、连续和非侵入性的监测，证明了它们在实时肠道诊断方面的潜力。
人体胃肠道是一个动态的生态系统，由pH值、氧合和渗透压等物理因素形成。这些参数的扰动会改变微生物群的组成并导致疾病，但用于连续、非侵入性监测肠道状况的工具仍然有限。
目前的监测依赖于基于粪便的化验，这种化验可以忽略亚临床变化，或者依赖于侵入性内窥镜检查，这种检查更灵敏，但只能提供单一时间点的测量，并且需要破坏自然环境的准备工作。因此，需要能够灵敏地、持续地报告肠道生理的新技术。
肠道微生物通过转录调节自然感知和响应环境波动，使它们成为生物传感器监测肠道状况的一个有前途的途径。因此，工程细菌生物传感器响应特定的环境刺激表达报道基因，提供了一条连续、非侵入性监测肠道状况的途径。
机理模式图（图源自Cell ）
肠道共生多形拟杆菌是一种有前途的生物传感器底盘，因为它在哺乳动物肠道中稳定定居，并且具有遗传易处理性。双歧杆菌基因工程的最新进展已经实现了精确的基因调控、遗传记忆系统和控制策略。
尽管取得了这些进展，但关键挑战仍然存在:天然双歧杆菌启动子不能驱动强荧光蛋白表达。以前的生物传感器已经使用发光来报告天然启动子活性，但与荧光不同，发光信号不能在单细胞水平上解析或支持多路输出。
在这里，研究人员开发了用于B. thetaiotaomicron的遗传工具，包括(1)用于可调荧光蛋白表达的阻抑型启动子，(2)用于调节阻抑物活性的基于DNA的系统，(3)模块化的、基于荧光的转录报告电路，以及(4)可选的质粒整合模式。
使用这些组件，设计了生物传感器来检测由吸收不良引起的肠道渗透压增加，并在体外和泻药诱导的渗透性腹泻的小鼠模型中验证了它们。这些生物传感器能够通过单细胞荧光对肠道渗透压进行长期、非侵入性的报告，证明了肠道细菌作为肠道健康应用监测平台的潜力。
参考消息：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)01501-6
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