研究人員設(shè)計(jì)出了分別能在尿中無(wú)創(chuàng)檢測(cè)糖尿病和癌癥的細(xì)菌。由兩個(gè)獨(dú)立的小組所進(jìn)行的這些研究為在診所中用人工合成細(xì)菌作為診斷工具打下了基礎(chǔ)。
合成生物學(xué)在設(shè)計(jì)活細(xì)胞來(lái)發(fā)揮特殊功用上已經(jīng)取得了進(jìn)展；這些特殊功用包括從生產(chǎn)或輸送藥物至在體內(nèi)探查疾病及在環(huán)境中探查毒素。細(xì)胞（通常是細(xì)菌）能以目前診斷裝置所不能的方式對(duì)它們的環(huán)境做出反應(yīng)和適應(yīng)。但是，由于它們?cè)趶?fù)雜的患者樣本中有著不可靠的行為和不良的信號(hào)檢測(cè)，因此細(xì)菌生物傳感器還沒(méi)有進(jìn)入診所。Alexis Courbet和同事開(kāi)發(fā)了一種可將細(xì)菌基因回路組裝的技術(shù)平臺(tái)，將它們轉(zhuǎn)變成為活的診斷裝置。使用合成生物學(xué)工具來(lái)設(shè)計(jì)細(xì)胞內(nèi)的某些部分（這些部分所發(fā)揮的功能可模仿在電子回路中所觀察到的功用），他們改造了大腸桿菌以探測(cè)在尿液中的生物學(xué)信號(hào)，并在達(dá)到特定閾值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種可見(jiàn)的顏色改變。研究人員通過(guò)采自糖尿病患者的尿樣本展示了他們所謂的細(xì)菌感應(yīng)器（bactosensors）。為了便于操作和閱讀數(shù)據(jù)，這些懸浮于水凝膠球中的大腸桿菌細(xì)胞準(zhǔn)確、可靠地檢測(cè)出了尿液中異常的葡萄糖濃度，其性能幾乎與目前標(biāo)準(zhǔn)的尿液浸試條法一樣好。他們的技術(shù)架構(gòu)有可能構(gòu)成針對(duì)探測(cè)其它疾病生物標(biāo)記所定制的新型細(xì)菌感應(yīng)器的基礎(chǔ)。
在另外一項(xiàng)研究中，Tal Danino和同事給細(xì)菌進(jìn)行了編程，使其能在尿液中對(duì)肝轉(zhuǎn)移的存在發(fā)出信號(hào)。肝轉(zhuǎn)移（即癌癥從身體內(nèi)的另外一個(gè)器官擴(kuò)散至肝臟）是可治療的，但肝轉(zhuǎn)移常常在太晚的階段才被發(fā)現(xiàn)。例如，目前的成像技術(shù)會(huì)錯(cuò)過(guò)非常小的腫瘤。Danino和同事利用了細(xì)菌對(duì)腫瘤的天然親和力；而腫瘤能躲避免疫系統(tǒng)的察覺(jué)。研究人員改造了大腸桿菌，使其在遇到腫瘤時(shí)能產(chǎn)生一種酶。該酶在尿液中的代謝產(chǎn)物可用視覺(jué)檢測(cè)到。當(dāng)給小鼠喂這些細(xì)菌時(shí)，這些細(xì)菌會(huì)穿過(guò)腸壁并進(jìn)入肝臟，它們?cè)诟蝺?nèi)會(huì)拓殖腫瘤。這些細(xì)菌接著會(huì)分泌一種酶，它能將注入的化合物分解，并釋放出一種在尿液中排出的會(huì)發(fā)光的分子。研究人員在數(shù)個(gè)肝轉(zhuǎn)移的小鼠模型（包括原發(fā)于結(jié)腸、肺、卵巢和胰臟的癌癥肝轉(zhuǎn)移模型）中測(cè)試了這些細(xì)菌。在24小時(shí)內(nèi)，這些細(xì)菌安全準(zhǔn)確地在尿中檢測(cè)到了肝腫瘤的存在。這些小鼠在長(zhǎng)達(dá)一年的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有顯示出嚴(yán)重的副作用。這些會(huì)產(chǎn)生酶的細(xì)菌或能被重新改動(dòng)以檢測(cè)如結(jié)腸直腸癌等胃腸道中的其他癌癥。盡管該技術(shù)在進(jìn)入臨床使用階段前需要做進(jìn)一步的測(cè)試（尤其是安全性測(cè)試），但這些研究讓人們能夠一瞥細(xì)菌生物感應(yīng)器，細(xì)菌生物感應(yīng)器因?yàn)槠錈o(wú)創(chuàng)性和簡(jiǎn)單的尿液檢測(cè)或能適用于在家中或偏遠(yuǎn)的野外診所中應(yīng)用。