益生菌可以诊断预防和治疗感染

麻省理工学院的工程师开发了一种天然和工程菌的益生菌混合物，用于诊断和治疗霍乱，这是一种导致严重脱水的肠道感染。

霍乱疫情通常是由饮用水污染引起的，如果不治疗，感染可能会致命。最常见的治疗方法是补液，如果患者极度脱水，必须进行静脉注射。然而，对于需要静脉治疗的患者并不总是可以进行静脉治疗，并且该疾病每年导致大约95,000人死亡。

麻省理工学院医学工程研究所的医学工程与科学Termeer教授詹姆斯柯林斯说，麻省理工学院团队的新益生菌混合物可以作为预防措施在霍乱常见的地区消费，或者在感染发生后不久用于治疗人。科学(IMES)和生物工程系。

“我们的目标是利用合成生物学开发一种廉价的方法来检测和诊断以及抑制或治疗霍乱感染，”该研究的高级作者柯林斯说。“如果人们可以廉价地快速追踪疾病并用天然或工程化的益生菌治疗它，它可能会成为世界上许多地方改变游戏规则的人。”

这篇论文的主要作者出现在6月13日出版的“科学转化医学”杂志上，他曾是前波士顿大学研究生宁茂，麻省理工学院博士后Andres Cubillos-Ruiz，以及前麻省理工学院博士后D. Ewen Cameron。

检测和治疗

为了创造他们对霍乱的“活体诊断”，研究人员选择了一种叫做乳酸乳球菌的细菌菌株，它对人类消费是安全的，并用于生产奶酪和酪乳。

他们将这种细菌设计成一种基因回路，检测由霍乱弧菌产生的分子，霍乱弧菌是引起霍乱的微生物。当工程乳酸乳球菌遇到这种被称为CAI-1的分子时，它会引发信号级联反应，开启一种叫做β-内酰胺酶的酶。该酶产生红色，可通过分析粪便样品来检测。这个过程现在需要几个小时，但研究人员希望缩短这个时间。

研究人员希望进一步改造乳酸乳球菌，以便它可以治疗或预防霍乱感染。他们开始通过设计微生物来生产可杀死霍乱弧菌的抗菌肽，但他们最终发现这些肽在被细胞分泌后变得无害。

然而，偶然地，研究小组发现，未经修饰的乳酸乳球菌实际上可以通过产生乳酸(一种新陈代谢的天然副产物)来杀死霍乱微生物。乳酸使胃肠环境更加酸性，抑制霍乱弧菌的生长。

乳酸乳球菌的工程化版本不能产生足够的乳酸来杀死霍乱微生物，因此研究人员将工程菌与未经修饰的版本结合起来，创造出可以检测和治疗霍乱的益生菌混合物。在小鼠试验中，研究人员发现，这种益生菌混合物可以成功预防霍乱感染的发展，也可以治疗现有的感染。

替代抗生素

柯林斯说，他预计益生菌可以作为一种预防措施或一旦开始治疗就可以用作药丸或类似酸奶的饮料。有能力轻松诊断霍乱也可以帮助公共卫生官员更早发现疾病并监测疾病的传播。

“我对这项研究感到特别兴奋，因为它提出了一系列影响深远，实用的可能性以及科学进步，”新加坡国立大学生物化学副教授Matthew Chang说，他没有参与这项研究。。

“例如，这项工作无疑使我们能够设想将益生菌与其改良形式结合使用，以监测和预防霍乱，”Chang说。“更进一步，许多人可以利用这项研究，特别是其广泛的”感知和反应“方法，设计出针对其他传染性传染病的各种基于饮食的预防策略。”

麻省理工学院的研究小组正在探索利用这种方法对抗其他微生物的可能性，例如导致胃肠道感染的艰难梭菌(Clostridium difficile)和可导致多种类型感染的肠球菌(Enterococci)。

柯林斯说：“人们越来越关注使用益生菌治疗疾病，主要是因为人们越来越认识到微生物组及其在健康和疾病中的作用，以及寻找抗生素替代品的迫切需要。”

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