研究人员正在对细菌进行基因改造，使其能够侵入肿瘤并从内部将其消耗。由于肿瘤核心区域缺氧，这些微生物得以在此完美繁殖。研究团队还添加了一项基因调整，帮助细菌在接触氧气的肿瘤边缘区域存活更长时间——但只有在细菌数量达到足够触发群体行为时才会启动该机制。这是一场精心设计的生物攻击，未来或将为摧毁癌症提供全新途径。
"细菌孢子进入肿瘤后，会发现这里环境养分充足且缺氧，正是这种生物偏好的生存条件，于是它开始消耗养分并增殖壮大，"滑铁卢大学化学工程教授马克·奥科因博士表示，"我们现在正在定植肿瘤中央区域，这种细菌实际上正在帮助身体清除肿瘤。"
该方法的核心是使用一种常见于土壤中的细菌——生孢梭菌。它仅能在完全无氧的环境中存活。实体肿瘤的内部核心由死亡细胞构成，且缺乏氧气，为这种微生物的繁殖和扩散创造了理想条件。
攻克氧气屏障
然而，这面临一个挑战。当细菌向外扩张，到达接触少量氧气的肿瘤区域时，会在完全消灭癌细胞之前开始死亡。
为解决这一局限，研究团队插入了一个来自近亲细菌的基因，该细菌对氧气的耐受性更强。这种改造使工程菌能够在肿瘤外围区域存活更长时间。
研究人员还需要一种方法来控制这种耐氧特性何时开启。过早激活可能导致细菌在血液等富氧区域生长，这会带来安全隐患。为防止这种情况，他们利用了一种名为群体感应的天然细菌通讯过程。
群体感应依赖于细菌释放的化学信号。随着细菌数量增加，信号也随之增强。只有当足够多的细菌在肿瘤内聚集后，信号才能达到激活耐氧基因的水平。这种时间机制确保了细菌仅在必要时才启动其生存机制。
合成生物学与DNA回路
在早期的一项研究中，该团队已证明可以通过基因改造使生孢梭菌更好地耐受氧气。在后续实验中，他们通过编程让细菌产生一种绿色荧光蛋白来测试其群体感应设计，从而确认该系统在预期时刻被激活。
"利用合成生物学，我们构建了类似电路的系统，但用的不是电线，而是一段段DNA，"滑铁卢大学应用数学教授布莱恩·英格尔斯博士说。"每个片段都有其功能。当正确组装后，它们就形成一个能以可预测方式工作的系统。"
下一步是将耐氧基因和群体感应控制系统整合到同一细菌中，并在临床前试验中评估其对抗肿瘤的效果。
跨学科合作推动癌症创新
这项研究始于博士生巴赫拉姆·扎尔加在英格尔斯博士和滑铁卢大学退休化学工程教授陈朴博士指导下的工作。该项目凸显了该校对跨学科健康创新的关注，汇聚了工程、数学和生命科学领域的专家，将科学发现转化为实际的医疗解决方案。
滑铁卢团队正与由扎尔加博士联合创办的多伦多公司环境微生物学研究中心 (CREM Co Labs) 合作。该合作还包括在推进这项研究中发挥主导作用的滑铁卢前博士生萨拉·萨德尔博士。