上海交大劉盡堯團隊《Mater. Today》：多酚涂層“編碼”細菌定植及治療模式
2023-01-30 來源：高分子科技
微生物療法已在臨床取得顯著成功。基于合成生物學改造微生物是一種可行的提高微生物療效的方法。例如，細菌經過基因工程改造，可通過感知一氧化氮在克羅恩病的病灶部位靶向富集。然而，可以進行基因改造的底盤菌株種類有限，且其潛在的生物安全性問題大大阻礙了其臨床轉化。基于物理或化學表面修飾引入外源性功能也為微生物改造提供了一種有效方法。例如，通過涂層包裹制備細菌制劑，使它們對酸堿、裂解酶和抗生素等具有更高的抵抗性。然而，當前用于增強微生物定植效率的大部分策略僅適應于特定條件或一定類別的微生物，缺乏在宿主不同部位調節局部微生物群的普適性方法，極大地限制了微生物療法的進一步應用和推廣。同時，由于機制和靶點的多樣性以及細胞間相互作用的復雜性，單一的微生物療法往往療效不足。針對上述問題，上海交通大學分子醫學研究院劉盡堯團隊報道了一種利用天然植物多酚-金屬網絡涂層來調控細菌體內定植及治療模式的新策略。利用多酚與金屬離子的配位作用在細菌表面形成單細胞涂層，由于存在大量鄰苯三酚和兒茶酚等粘附性基團，該涂層可促使細菌在多種不同組織界面的有效定植，并且可以攜帶不同藥物分子用于治療模式的可控調節，為細菌移植及相關微生態療法提供新途徑。
該研究結果表明：通過植物多酚單寧酸和金屬鐵離子的簡單混合，在30秒內即可在細菌表面形成具有粘性和載藥功能的多酚網絡涂層。該涂層工藝環保，在制備過程中不使用任何有機溶劑。同時，單寧酸可從多種天然植物中提取，是一種有利于轉化及擴大生產規模的低成本原料。單寧酸和鐵已被美國食品藥品監督管理局批準為公認安全的食品添加劑和調味品，具有良好的生物安全性。該涂層技術適用于不同種類的微生物菌株，并且具有非常高的包封效率。涂層細菌對小鼠和豬的多種生物組織界面顯示出較強的粘附能力，包括腸道、呼吸道、生殖道、鼻腔以及皮膚表面。憑借涂層的物理隔離及吸附作用，涂層細菌抵抗外界不良因素（如紫外線照射、抗生素和胃腸液）的能力也得到顯著提高。此外，細菌涂層具有較高的藥物裝載能力，同時藥物的負載未對細菌活力產生顯著影響。不同小分子藥物和大分子生物制劑，比如小檗堿 、阿霉素、卵清蛋白和αPD-1抗體，都可以裝載至涂層中，可實現治療模式的可控調節。并且，藥物的裝載不會對涂層的原有粘附能力產生顯著影響。體內實驗證明，口服涂層益生菌后，其腸道定植量增加逾40倍。在沙門氏菌腸道感染和DSS誘導結腸炎兩種小鼠腸炎模型中，涂層益生菌能更有效地抑制致病菌定植、改善腸道炎癥并可協同小檗堿增強腸炎治療效果。該工作為發展下一代活體細菌生物制劑提供了新途徑。鑒于多酚涂層修飾的靈活性和“可編輯性”，相信該涂層還可用于編碼細菌其他生物功能，如群體感應、細胞間相互作用和通訊，相關工作目前正在進展中。
論文鏈接：https://authors.elsevier.com/a/1gTTs4tRoWVL3J
(Free access before March 14, 2023)
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（責任編輯：xu）
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