生命科学学院王汉杰课题组Cell子刊：纳米光遗传学取得新进展

利用肠道工程菌及其代谢产物，创制新一代“生物活药”，用于增强机能、治疗疾病，已成为生物医药科学领域的前沿研究热点。其中，如何无创精准在体调控工程菌定植及给药，一直是工程菌生物医学应用转化的难点之一。

天津大学生命科学学院常津团队王汉杰课题组长期致力于光遗传学分子生物开关在纳米生物学、合成生物学和神经生物学等领域的基础及应用研究。近日，王汉杰课题组与天津大学化工学院张卫文团队孙韬合作，在Cell子刊Cell Reports发表了题为“NIR light responsive bacteria with live bio-glue coatings for precise colonization in the gut”的论文，将光遗传学技术中的光和转基因光敏蛋白质运用到微生物上，为解决生物活药工程菌在体有效可控定植提供一种新思路。

本文利用“纳米光遗传学”技术，构建了一种能够实现在体肠道靶向精准定植的光响应型生物活药工程菌，同时对工程菌进行遗传改造使其分泌抗炎因子，在小鼠模型中证明这种工程菌促进了粘膜的愈合，可改善DSS诱导的慢性结肠炎相关症状。

本文要点：

       1)基于“纳米光遗传学”技术构建近红外光光遗传系统及体外验证：在工程菌生物活药的在体应用中，如何实现深层组织的在体给药调控仍缺乏有效手段。我们利用NIR、UCMs和Lresb构建了近红外光光遗传系统，体外证明该系统具备的良好组织穿透性能精准调控工程菌表面展示黏附蛋白和分泌抗炎因子。

2)基于“纳米光遗传学”技术的光响应生物黏附工程菌实现肠道有效可控定植：我们通过导入光控黏附蛋白模块来提高工程菌的定植能力。黏附蛋白降低了对亲水性基质的亲和力进而能够促进细菌粘附到肠道的黏膜层。

3)基于光响应生物黏附工程菌协同分泌抗炎因子的炎症性肠病治疗：我们使用了E.coli (Nissle 1917)的I型分泌系统，它可以将重组抗炎因子从胞内直接转移至胞外。在DSS诱导的小鼠慢性结肠炎模型中，从相应病症的防控角度入手该工程菌实现了对病程的延缓与阻滞。

肠道工程菌参与疾病治疗主要从以下两个方面：一、通过分泌治疗因子，作用于肠道细胞表面的受体，或者穿过肠道屏障进入血液作用于其他靶点治疗疾病。二、通过引入代谢通路，在肠道将致病因子分解清除，治疗疾病。综上这项工作不仅为工程菌的可控有效定植提供了新的解决方案，并且在肠道功能紊乱，系统性疾病以及其他器官疾病（脑-肠轴预防、延缓神经疾病）等治疗提供了一种长效方案。该论文第一作者为天津大学生命科学学院崔梅慧、天津大学化工学院孙韬和天津大学化工学院李树斌。通讯作者为天津大学生命科学学院王汉杰。

参考文献：Meihui Cui, Tao Sun, Shubin Li, Huizhuo Pan, Jing Liu, Xinyu Zhang, Lianyue Li, Shanshan Li, Chunyang Wei, Chengzhuang Yu, Chun Yang, Ning Ma, Binglin Ma, Shenjunjie Lu, Jin Chang, Weiwen Zhang, and Hanjie Wang. NIR light-responsive bacteria with live bio-glue coatings for precise colonization in the gut. Cell Reports 2021. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109690.