上海交大刘尽尧团队《Mater. Today》：多酚涂层“编码”细菌定植及治疗模式
2023-01-30 来源：高分子科技
微生物疗法已在临床取得显著成功。基于合成生物学改造微生物是一种可行的提高微生物疗效的方法。例如，细菌经过基因工程改造，可通过感知一氧化氮在克罗恩病的病灶部位靶向富集。然而，可以进行基因改造的底盘菌株种类有限，且其潜在的生物安全性问题大大阻碍了其临床转化。基于物理或化学表面修饰引入外源性功能也为微生物改造提供了一种有效方法。例如，通过涂层包裹制备细菌制剂，使它们对酸碱、裂解酶和抗生素等具有更高的抵抗性。然而，当前用于增强微生物定植效率的大部分策略仅适应于特定条件或一定类别的微生物，缺乏在宿主不同部位调节局部微生物群的普适性方法，极大地限制了微生物疗法的进一步应用和推广。同时，由于机制和靶点的多样性以及细胞间相互作用的复杂性，单一的微生物疗法往往疗效不足。针对上述问题，上海交通大学分子医学研究院刘尽尧团队报道了一种利用天然植物多酚-金属网络涂层来调控细菌体内定植及治疗模式的新策略。利用多酚与金属离子的配位作用在细菌表面形成单细胞涂层，由于存在大量邻苯三酚和儿茶酚等粘附性基团，该涂层可促使细菌在多种不同组织界面的有效定植，并且可以携带不同药物分子用于治疗模式的可控调节，为细菌移植及相关微生态疗法提供新途径。
该研究结果表明：通过植物多酚单宁酸和金属铁离子的简单混合，在30秒内即可在细菌表面形成具有粘性和载药功能的多酚网络涂层。该涂层工艺环保，在制备过程中不使用任何有机溶剂。同时，单宁酸可从多种天然植物中提取，是一种有利于转化及扩大生产规模的低成本原料。单宁酸和铁已被美国食品药品监督管理局批准为公认安全的食品添加剂和调味品，具有良好的生物安全性。该涂层技术适用于不同种类的微生物菌株，并且具有非常高的包封效率。涂层细菌对小鼠和猪的多种生物组织界面显示出较强的粘附能力，包括肠道、呼吸道、生殖道、鼻腔以及皮肤表面。凭借涂层的物理隔离及吸附作用，涂层细菌抵抗外界不良因素（如紫外线照射、抗生素和胃肠液）的能力也得到显著提高。此外，细菌涂层具有较高的药物装载能力，同时药物的负载未对细菌活力产生显著影响。不同小分子药物和大分子生物制剂，比如小檗碱 、阿霉素、卵清蛋白和αPD-1抗体，都可以装载至涂层中，可实现治疗模式的可控调节。并且，药物的装载不会对涂层的原有粘附能力产生显著影响。体内实验证明，口服涂层益生菌后，其肠道定植量增加逾40倍。在沙门氏菌肠道感染和DSS诱导结肠炎两种小鼠肠炎模型中，涂层益生菌能更有效地抑制致病菌定植、改善肠道炎症并可协同小檗碱增强肠炎治疗效果。该工作为发展下一代活体细菌生物制剂提供了新途径。鉴于多酚涂层修饰的灵活性和“可编辑性”，相信该涂层还可用于编码细菌其他生物功能，如群体感应、细胞间相互作用和通讯，相关工作目前正在进展中。
论文链接：https://authors.elsevier.com/a/1gTTs4tRoWVL3J
(Free access before March 14, 2023)
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（责任编辑：xu）
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