科学家们设计细胞来吃致命的

约翰斯·霍普金斯大学(Johns Hopkins University)的研究人员正致力于设计单细胞生物，这些生物将寻找和食用对人类致命的细菌。他们的工作将生物学和工程学领域结合在一个被称为合成生物学的新兴学科中。虽然这项工作还处于起步阶段，但研究人员设计的变形虫细胞有一天可以在医院释放，以杀死军团菌，这是导致退伍军人病症的一种细菌，也是一种肺炎; 或铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)，一种危险的抗药性细菌，与医院患者的各种感染和其他威胁生命的疾病有关。

因为变形虫能够在表面上自行旅行，所以工程细胞也可用于清洁细菌污染物的土壤，甚至可以破坏生活在医疗器械上的微生物。如果科学家们成功地使细胞完成任务，它也可能对癌症和其他疾病的研究产生重要影响。

“我们将此作为测试平台，用于确定我们是否了解细胞是如何工作的，以便我们能够设计它们来完成某些任务，”Douglas N. Robinson说，他是细胞生物学教授，也是霍普金斯团队的成员。 。“这是一个展示我们理解我们认为理解的东西的机会。我认为这是一个把我们在科学上做的事情推向另一个层次的机会。”

这个由五人组成的团队的工作始于10月，当时它收到了来自国防高级研究计划局(DARPA)的一份为期四年，价值570万美元的联邦合同。

道格拉斯说，他们希望工程细胞来应对危险的细菌，人可能会以饼干新鲜出炉板的气味作出反应的方式-立刻渴望一个cookie，走进厨房，吃一些。

用于执行此类任务的工程单元仍在进行中。

“在实践中它并没有非常好，”电子和计算机工程教授兼霍普金斯团队成员Pablo A. Iglesias说。“人们设法做事情，但需要付出巨大的努力，而且或多或少是随机的。在工作之前必须进行大量的迭代。”

明尼苏达大学生物医学工程教授大卫奥德德称这项研究令人兴奋，特别是因为抗生素耐药性正在上升。他说球队将面临许多挑战。

“我认为让细胞强有力地感知细菌可能是一个挑战，我相信他们已经意识到这一点，”他说。“细胞必须感知免疫系统无法感知的东西。”

Odde说，这项研究可能会带来超出团队关注范围的新发现。他们可以更多地了解变形虫是如何感知细菌的，以及它如何向他们发出信号，表明他们应该前进并进食，他说。

“信号如何通知食物部分?” 他说。“他们可能会对这些交叉系统如何相互交流进行新的发现，这对于这个项目和许多其他项目来说都是非常有价值的。”

他们使用的变形虫盘基网柄菌(Dictyostelium discoideum)常见于潮湿的土壤中，在感知到它的生化气味后自然会吃掉细菌。由于变形虫吃了细菌，研究人员必须对其进行编程，以追踪他们想吃的细菌，而不是其他类型的细菌。

细胞生物学教授罗宾逊将研究变形虫的“腿”动力运动。该团队的另一位细胞生物学教授Peter Devreotes将研究变形虫的“大脑”一旦感知到附近的细菌，会发生什么。Iglesias是一名计算生物学家，在设计飞机控制器后拥有控制系统方面的专业知识，他将帮助设计用于将变形虫引导向正确方向的生物控制器。

其他两个团队成员，霍普金斯生物化学系助理教授Tamara O'Connor和细胞生物学副教授Takanari Inoue将尝试确保变形虫追踪正确的细菌并将变形虫的“大脑”联系起来“和”腿。“

耶鲁大学生物医学工程教授Andre Levchenko表示，可能需要花费很多时间来“万无一失”这种机制，并且可能出现意想不到的问题，例如细胞突变。

“有趣的是，他们的新工程生物有多稳定。任何活着，适应性强和动态的东西，当你设计它时，它始终是一个问题，”列夫琴科说。“我对这个特别的提议印象非常深刻。它有风险，但确实有许多元素让我觉得它会非常成功。”

宾夕法尼亚大学国家癌症研究所物理科学肿瘤学中心主任Dennis Discher说，这种类型的研究“时机成熟”。

“不仅仅考虑体内细胞，而且变形虫除了基本的生物科学之外通常都是好东西，并将它们用于其他用途，这很有趣，”他说。

罗宾逊说，可能很难让变形虫适当地朝着他们想要吃的细菌移动，因为控制器可能会导致过冲并最终走得太远。

伊格莱西亚斯表示，根据与DARPA的合同，该团队必须每六个月达到一次基准。第一个基准是证明阿米巴的控制器可以成功插入，伊格莱西亚斯说他们已经完成了。

这项任务很困难，因为变形虫的大小只有一微米，大约是人类头发宽度的十分之一。伊格莱西亚斯说，他们也可以很快地行动。

DARPA“希望你认真思考，做大事，我认为在这方面它非常令人兴奋，”伊格莱西亚斯说。