【Ted-ED】細菌編程以對抗癌症 Hacking Bacteria To Fight Cancer

在1884年，一位病人的運氣似乎從壞轉為更糟。 這位病患頸部有快速生長的癌症。 然後又患上了一種 unrelated 的細菌性皮膚感染。 但很快，發生了一件意想不到的事。 隨著他從感染中康復，癌症也開始消退。 當一位名叫威廉·科利的醫生七年後找到該名病人時， 癌症的明顯跡象已不復存在。 科利相信，某件非凡的事正在發生—— 細菌感染刺激了病人的免疫系統 對抗癌症。 科利的幸運發現引導他率先嘗試有意地注射細菌 成功治療癌症。 一個世紀後，合成生物學家找到了一個更優越的方法 利用這些曾經難以置信的盟友—— 透過程式設計，使其能安全地將藥物直接送達腫瘤部位。 癌症發生於細胞的正常功能受到改變時， 導致它們迅速增殖並形成稱為腫瘤的生長物。 放射治療、化學治療和免疫治療等療法 試圖殺死惡性細胞 但可能影響整個身體，並在過程中破壞健康組織。 然而，一些細菌如大腸桿菌具有獨特的優勢 能夠選擇性地在腫瘤內部生長。 事實上，腫瘤的核心形成了一個理想的環境 它們可以在那裡安全地繁殖，隱藏在免疫細胞無法察覺之處。 細菌不僅不會引發感染，還可以被重新編程 攜帶抗癌藥物， 作為從內部攻擊腫瘤的特洛伊木馬。 讓細菌具備感知並以新穎方式反應的這種想法 是一門稱為合成生物學的領域中的主要關注焦點。 但細菌如何被程式設計呢？ 關鍵在於操控他們的DNA。 透過將特定的基因序列插入細菌中， 它們可以被指示合成不同的分子， 包括那些能阻斷癌細胞生長的物質。 它們也可以被設計成以非常特定的方式運作 在生物電路的協助下。 這些程式會根據是否存在而表現出不同的行為。 缺乏，或某些因素的組合。 例如，腫瘤的氧氣和 pH 值水平較低。 過度產生特定分子。 合成生物學家可以程式設計細菌以感測這些條件， 並在對抗腫瘤的同時避免傷及健康組織。 一種稱為同步裂解電路的生物電路， 或稱SLC，使細菌不僅能傳遞藥物， 但要按照固定的時間表進行。 首先，為了避免傷害健康組織， 抗癌藥的生產從細菌生長開始， 這只會在腫瘤內部發生。 接下來，在他們製造出藥物之後， 一個關機開關會導致細菌破裂 當它們達到臨界族群數量門檻時。 這既能釋放藥物，又能減少細菌數量。 然而，一定比例的細菌 保持存活以補充殖民地。 最終，它們的數量多到足以再次觸發關機開關。 而且循環不斷繼續下去。 此電路可調校以精確遞送藥物 無論何種最適合的週期性計畫，都應用來對抗癌症。 這種方法在使用小鼠的科學試驗中已顯示出前景。 科學家不僅成功消除了淋巴瘤腫瘤 注射了細菌， 但注射 also 激活了免疫系統， 引導免疫細胞識別並攻擊 未治療的小鼠其他部位的淋巴瘤。 與許多其他療法不同， 細菌不會針對某一種類的癌症進行攻擊， 而是所有實體腫瘤共有的普遍特徵。 可編程細菌的應用不僅限於對抗癌症。 相反，它們可作為精密的感測器 監測未來疾病的病發地點。 安全的益生菌細菌或許可能在我们的腸道中處於休眠狀態， 在那裡，他們偵測、預防並治療各種疾病 在他們出現症狀之前。 科技的進步帶來了令人興奮的發展 一個個人化醫療的未來之中， 由機械納米機器人驅動。 但感謝數十億年的演化， 我們可能已經有了起點 以出乎意料的生物形式——細菌。 加入合成生物學的元素。 誰知道不久的將來會有什麼可能呢。