近10年来，研讨人员和生物技能工程师取得了一项特殊成果。他们运用细胞和细菌研宣布可谓真实“自主机器人医师”的生物植入物。只需将它们植入人体，就能检测出各种纤细的生理失调，并当即进行有针对性的医治。
包含查看、确诊、处方和医治的整个看病进程将在瞬间完结，底子不需求医师、药剂师，乃至患者自己的参加。
自主生物植入物向人们展现出令人振奋的远景，其研发则有赖于组成生物学。这是一门彻底打破传统的生命工程学科，它经过斗胆的基因操作，制作出研讨、工业或医学范畴所需的全新生物学功用。
以色列魏茨曼研讨所分子核算机实验室研讨员汤姆·冉（Tom Ran）介绍说：“运用从不同生物基因组得到的DNA片段，能够树立基因回路，背负史无前例的杂乱功用。”检测及遏止疾病即其间两项。瑞士苏黎世联邦理工学院生物科技与生物工程教授马丁·富塞内格尔（Martin Fussenegger）总结说：“进化来不及供给的东西，被咱们制作了出来。”
防备与医治
对这些智能生物机器的实验始于10年前。第一批生物植入物选用细菌制成，细菌的基因组很小，较简单操作。研讨人员将一些细菌转变为肿瘤和流行症的真实克星。比方，他们赋予细菌特定的分子传感器，使之能够辨认癌细胞或致病菌，而且将其杀灭。
医治原理
为了医治流行症和癌症，能够在患者身上暂时多点接种这类细菌。别的，也能够将它们植入健康人体内以防备疾病。为此，需求挑选一些生活在人体消化道、呼吸体系、皮肤等处的细菌。
医师们认为，自主生物植入物还能有许多其他用处，比方医治慢性病、代谢病、炎性疾病等。西班牙国家生物技能中心的路易斯·费尔南德斯（Luis Fernández）指出：“有些生活在肺脏的细菌，能够用来医治先天性黏液稠厚症。”美国哈佛大学体系生物学教授帕梅拉·西尔弗（Pamela Silver）则想象“凭借皮肤上的细菌，来协助创伤愈合”。
瑞士苏黎世联邦理工学院马丁·富塞内格尔教授施行了几回基因刺进，使得经过润饰的人体胚胎细胞在呈现高血酸的时分能够发生胰岛素。有朝一日，这种技能有望谋福于人类糖尿病患者，使他们脱节每天针刺手指采血验血糖和打针胰岛素降血糖的苦楚。
近几年呈现了第二代自主生物植入物。这类生物植入物选用人体细胞制成，与细菌比较具有更多长处，能够发生更多种合适人体的分子。
现在，研讨人员并未考虑将各种外来DNA序列直接导入患者的细胞。由于，危险太大，而且过于杂乱。他们更期望在体外对患者或健康人的体细胞进行润饰，然后以可逆办法植入皮下。经过基因润饰的细胞覆盖着一层膜，能够免受免疫体系排挤。
瑞士苏黎世联邦理工学院生物学与生物工程学教授马丁·富塞内格尔研讨小组赋予经过基因润饰的体细胞下降尿酸的才能。实验显现，将含有 200 万个这种细胞的微型胶囊打针到尿酸偏高的小鼠腹腔内，能够使小鼠在整个实验周内的血药浓度和尿率康复到正常水平。
马丁·富塞内格尔研讨小组经过数次小鼠实验证明，这项技能在痛风防备以及糖尿病和肥胖症的医治方面颇有成效。
效能继续数月
自主生物植入物具有令人瞩目的优势。“它们能够缩短确诊与医治之间的时刻，依据患者身体状况来调整医治办法。”马丁·富塞内格尔指出，“患者乃至不需求考虑医治事宜。不过，每隔三四个月需求替换植入物，以防止周围构成纤维组织，影响它正常作业。”
美国明尼苏达大学研讨人员润饰了乳酸乳球菌，使其能够抵挡一般耐抗菌素的致病菌肠球菌。体外实验中，润饰后的乳酸乳球菌能大大按捺肠球菌增殖，残留的肠球菌仅为万分之一！
给患者接种细菌（如经过吞服含有能够耐久寄居于肠道内的细菌胶囊）应足以改造其体内菌群达“数周、数月，乃至更长时刻”。
这种医治办法还可躲避传统生物药品（直接源于生物的高效分子）的缺乏，如需求打针（口服会下降效果）、生产成本高——“由于必须在无菌环境中提纯和保存。”路易斯·费尔南德斯解释道。
自主生物植入物的潜在用处十分多，只取决于研讨人员的想象力。由于凭借DNA所含的四种碱基，能够对各种功用进行编程（比较之下，核算机程序只要0和1两种符号能够用）。
现在，研讨人员有几个愿望。如运用能够周期性调理基因表达的DNA序列，开宣布能与睡觉觉悟节律同步的生物植入物；运用能够核算基因激活次数的DNA序列，来防止用药过度；乃至使植入物能够归纳各种生理信号，成为真实的“医学专家”，做出正确的确诊。
瑞士苏黎世联邦理工学院研讨人员经过润饰人体细胞来调理胃口。为此，他们修正人体细胞基因组，使得摄入过多脂肪后呈现的脂类能够激活为按捺胃口激素编码的基因。该基因遭到细菌分子 TtgR 按捺。为了使 TtgR 在呈现脂类时不复兴按捺效果，研讨人员将它交融进脂肪酸受体。
研讨人员还想象经过不同办法激活自主生物植入物，或许使其休眠。如，鉴于某些DNA序列可随温度改变起反响的特性，美国麻省理工学院生物工程学教授詹姆斯·科林斯（James Collins）计划“研发一些细胞，让这些细胞检测前期发热而且发生按捺发热的物质”。
2015年，马丁·富塞内格尔经过小鼠实验证明，能够经过涂改润肤露，使其间的对羟基苯甲酸酯（化学防腐剂）进入皮肤，激活皮下植入物的某个基因。“运用人体细菌或细胞能够构建如此奇妙的调理体系，这真是太奇特了！”他为此兴奋不已。
马丁·富塞内格尔曾在2014年完结了一项惊人实验：用意念来激活细胞植入物！研讨小组选用了相关技能，首先在受试者头上安顿数台传感器，将受试者的脑电图传递给核算机。当核算机发现受试者大脑处于特定活动状况时（聚精会神、考虑等），就会长途激活植入小鼠皮下的微型发光二极管，经过光灵敏蛋白的效果，使附近的细胞植入物中某一基因开端表达。
迈向人体操控
由此看来，自主生物植入物具有极为广泛的使用规模。那么，危险是否存在？经过基因润饰的生物会不会把基因传递给其他细菌或许细胞？细菌有没有或许逸出本来的环境而进入其他环境呢？
研讨人员认为，置入胶囊的细胞，由于有胶囊与外界离隔，所以逸出的危险很小。
美国加利福尼亚的研讨人员几回三番地对大肠杆菌进行从头编程，使之能够优先感染癌细胞。体外实验显现，这种大肠杆菌能够有效地感染肝癌、宫颈癌和骨癌的细胞。因而，它能够用于医治多种癌症，一起防止健康细胞遭到损害。
至于在人体内自在成长繁衍的细菌，他们构思了好几个安全计划。路易斯·费尔南德斯提出：“可认为细菌编程，使细菌依赖于肠道中的某些维生素，脱离这个环境便无法存活。为了防止基因传递，还能够在医治基因之外，给细菌添加安全DNA序列。如果基因转移到其他菌株，安全DNA序列就会显现出毒性。”
关于细菌型与细胞型自主生物植入物，都能够经过化学信号、光信号等外部信号来激活细胞凋亡。
组成生物学的最终目标是重塑生命。跟着这门学科的开展，自主生物植入物的安全性将得到不断提高。“将细菌本来的基因组彻底清空，再一个碱基一个碱基地从头组成新的基因组，就能够保存必要的基因，然后更好地操控基因特性。”路易斯·费尔南德斯担保道。
这的确有期望办到，由于2010年，研讨人员曾用一台机器创造出国际首个彻底由人工基因组操控的单细胞细菌。
尽管如此，研讨人员仍然面对严重应战。还要等上多年，人人都能植入“微型医师”的年代才会到来。到那时，实际中的医师将遭受真实的竞争对手。
撰文 Elsa Abdoun
编译 李晓桦
