隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展，繼“DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)”和“人類基因組計劃”之后的第三次生物技術(shù)革命合成生物學正以工程化手段設(shè)計合成基因組，為生命科學領(lǐng)域帶來前所未有的變革。人體微生態(tài)系統(tǒng)包括口腔、皮膚、泌尿和胃腸道，其中以腸道微生態(tài)系統(tǒng)最為主要和復雜。而腸道微生物基因組，被譽為人體的第二基因組，其與合成生物學的交融為我們揭示了生命之謎的更深層次。合成生物學在腸道微生態(tài)調(diào)控中的應用具有廣闊的前景和巨大的潛力，有望為人類健康做出更大的貢獻。

益生菌設(shè)計與構(gòu)建的革新

在生物學的前沿，合成生物學與腸道益生菌研究的交叉融合正在迸發(fā)出無數(shù)的創(chuàng)新火花。合成生物學不僅為益生菌的設(shè)計和構(gòu)建提供了強有力的工具，更實現(xiàn)了一種定制功能工程化的方法。眾所周知，合成生物學技術(shù)的應用離不開工具的開發(fā)。大腸桿菌Nissle 1917（EcN）即是一種益生菌，也是一種有發(fā)展?jié)摿Φ暮铣缮飳W應用的底盤細菌，研究人員通過各種方式系統(tǒng)地擴展了益生菌大腸桿菌EcN的基因工程工具箱，充分利用了EcN作為常用的益生菌底盤^[1]。

優(yōu)化代謝功能與新治療方法

人體胃腸道內(nèi)居住著數(shù)萬億微生物，包括細菌、真菌、古菌、原生動物和病毒，其中整個集群就是人類腸道微生物群^[2]。而腸道微生物在代謝過程中產(chǎn)生的廣泛代謝產(chǎn)物對人體健康有著深遠的影響，對人類免疫、代謝、發(fā)育和行為等方面的功能均有影響^[3]。比如越來越多的共生細菌被用作基因工程的載體，已被應用于創(chuàng)造新的治療方法^[4]。

腸道微生態(tài)失衡調(diào)節(jié)

腸道正常菌群及其所生活的環(huán)境共同構(gòu)成腸道微生態(tài)，腸道菌群的穩(wěn)定性如果失去平衡大概率會發(fā)生各種腸內(nèi)外疾病，因此維持腸道微生態(tài)平衡對機體是否能夠抵抗由腸道病原菌引起的感染至關(guān)重要。

益生菌是腸道健康的代名詞，乳酸菌作為其中的佼佼者，成為腸道益生菌的代表。乳酸菌是腸道常在菌，可改變腸道內(nèi)環(huán)境、抑制有害菌繁殖以及調(diào)整維持胃腸道菌群的平衡，從而保證宿主正常的生理狀態(tài)。隨著對腸道微生物與人體健康關(guān)系的深入研究，合成生物學在調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)失衡方面的應用展現(xiàn)出對代謝性疾病、消化系統(tǒng)疾病以及神經(jīng)退行性疾病的治療潛力^[5]。

機遇與挑戰(zhàn)并存

盡管合成生物學在腸道微生態(tài)調(diào)控中的應用展現(xiàn)出廣闊的前景和巨大的潛力，但仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，如：安全性與倫理問題，跨學科合作的需求，以及技術(shù)的成熟度等。相信隨著技術(shù)的進步和研究的深入，合成生物學將在維護人類健康方面發(fā)揮出越來越重要的作用，提供更多新的治療方法和策略。

在丹納赫，我們匯集科學、技術(shù)和運營的能力，讓未來科技對今日生活的影響得以加速實現(xiàn)。丹納赫生命科學可提供腸道微生態(tài)研究的豐富解決方案，助力研究者加速發(fā)現(xiàn)、突破創(chuàng)新，實現(xiàn)人類更健康的生活。

THUNDER高分辨率組織熒光成像系統(tǒng)探索微生物腸道免疫機制

顯微觀察在感染生物學中扮演著重要角色，其有助于了解受體結(jié)合、基因組釋放、復制、組裝和病毒出芽的基本原理及免疫應答。丹納赫生命科學旗下徠卡顯微系統(tǒng)的THUNDER高分辨率組織熒光成像系統(tǒng)憑借其高分辨、快速、大視野的特點，可很大限度回收實驗中使用mRNA探針進行單分子mRNA熒光原位雜交（smFISH）發(fā)出的大量光子，減少光損耗。使用THUNDER不僅可以獲得更加清晰和高分辨率的圖像，而且實驗結(jié)果更便于統(tǒng)計分析且重復性高，適合進行組織大視野快速掃描。

徠卡顯微系統(tǒng)的THUNDER高分辨率組織熒光成像系統(tǒng)

QPix系列高通量篩選系統(tǒng)助力具有抗菌作用的益生菌篩選和機制研究

單增李斯特菌是一種常見且最致命的食源性病原體之一，被世界衛(wèi)生組織列為食品中必檢病原菌^[6]。盡管一些細菌素如乳酸鏈球菌素可以抑制單增李斯特菌的生長，但存在成本高、產(chǎn)量低、提取困難等問題限制了它的廣泛使用。因此，我們需要篩選出具有高抑菌活性、且可在短時間內(nèi)起到殺菌作用的乳酸菌，并能在腸道聚集發(fā)揮益生功能。

丹納赫生命科學旗下美谷分子儀器的QPix 400系列微生物克隆篩選系統(tǒng)可以提供高通量、自動化、平臺化方案，用于自然菌株篩選、菌株改造后篩選、基因文庫構(gòu)建、基因編輯/組裝、酶進化、噬菌體展示技術(shù)、合成生物學等多個應用，幫助研究人員解決關(guān)鍵瓶頸問題。該篩選系統(tǒng)能夠涵蓋篩選過程中的多個步驟，從成千上萬個克隆中高通量、高效率、低成本地挑選出獨特、優(yōu)異的目的菌株^[7]，可以應用在醫(yī)療健康、工業(yè)化學品、生物燃料、食品飲料、消費品、農(nóng)業(yè)、工程噬菌體等多個領(lǐng)域。

美谷分子儀器的QPix460 微生物克隆篩選系統(tǒng)

流式細胞術(shù)用于益生菌細胞的計數(shù)和分析

確保益生菌產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵方法就是對終產(chǎn)品中所含的益生菌進行計數(shù)，使用流式細胞術(shù)進行計數(shù)耗時只要幾小時，而傳統(tǒng)平板計數(shù)法耗時則需幾天。如果想要實現(xiàn)快速對益生菌進行計數(shù)，那么流式細胞術(shù)無疑是一種更優(yōu)的選擇。使用丹納赫生命科學旗下貝克曼庫爾特生命科學的CytoFLEX S流式細胞分析儀，能夠?qū)π≈亮泓c幾微米的細菌進行計數(shù)，還可以提供有關(guān)活性與非活性細菌的其他信息，并且節(jié)省時間和精力，此外其新增的在線檢測功能起到了優(yōu)化益生菌制備過程的作用。

貝克曼庫爾特生命科學的CytoFLEX S流式細胞分析儀

新型益生菌高通量厭氧發(fā)酵技術(shù)的應用

人體腸道菌群及其健康促進作用的研究對營養(yǎng)產(chǎn)業(yè)尤為重要。因此，完全有必要對厭氧或微量需氧菌培養(yǎng)技術(shù)進行研究與開發(fā)，比如在類似這些微生物的生長條件下培養(yǎng)益生菌。丹納赫生命科學旗下貝克曼庫爾特生命科學的BioLector XT新一代高通量微型生物反應器是一款用于微生物培養(yǎng)高通量篩選的臺式設(shè)備，可進行好氧、微氧和嚴格厭氧微生物的培養(yǎng)。在培養(yǎng)的過程中可進行補料和PH控制，還可在線監(jiān)測常見的培養(yǎng)參數(shù)，如生物量、pH值、溶氧（DO）和各種熒光分子或蛋白質(zhì)的熒光強度。為了實現(xiàn)高通量，BioLector XT在SBS/SLAS標準化微孔板（每板48個孔）上進行培養(yǎng)，這樣即可在一臺設(shè)備中同時處理多達48個樣品。

貝克曼庫爾特生命科學的BioLector XT高通量微型生物反應器

參考資料

1. Ba F, Zhang Y, Ji X, etal. Expanding the toolbox of probiotic Escherichia coli Nissle 1917 for synthetic biology. Biotechnol J. 2023, 6: e2300327

2. Han Z, Min Y, Pang K, Wu D. Therapeutic Approach Targeting Gut Microbiome in Gastrointestinal Infectious Diseases. Int J Mol Sci. 2023, 24: 15654

3. Tan Y, Liang J, Lai M, Wan S, Luo X, Li F. Advances in synthetic biology toolboxes paving the way for mechanistic understanding and strain engineering of gut commensal Bacteroides spp. and Clostridium spp. Biotechnol Adv. 2023, 69: 108272

4. Wang L, Cheng X, Bai L, etal. Positive Interventional Effect of Engineered Butyrate-Producing Bacteria on Metabolic Disorders and Intestinal Flora Disruption in Obese Mice. Microbiol Spectr. 2022, 10: e0114721

5. Guo J, Zhou B, Niu Y, etal. Engineered probiotics introduced to improve intestinal microecology for the treatment of chronic diseases: present state and perspectives. J Diabetes Metab Disord. 2023, 22: 1029

6. 丁建英, 韓劍眾. 食品中單增李斯特菌的存在現(xiàn)狀及檢測方法研究進展, 食品研究與開發(fā), 2008, 29: 171

7. 陳堅院士團隊張娟教授課題組在Science of the Total Environment發(fā)表拮抗單增李斯特菌的乳酸菌的篩選、益生特性及抑菌機制解析的研究成果，https://biotech.jiangnan.edu.cn/info/1021/12229.htm

 以上文章轉(zhuǎn)載自丹納赫生命科學公眾號