【合成生物学】マウスに投与する治療薬として作製された細菌
Nature
細菌が閾値菌体密度に同調した周期で抗がん剤を放出できるように改変し、この細菌をがんのマウスモデルに投与できることを明らかにした論文が、今週のオンライン版に掲載される。このシステムは、細菌コロニーの周期的溶解（細胞分解）によって細菌集団を制御することもできる。
細菌を改変して「生きている」治療薬として利用することに関心が高まっているが、宿主生物の体内でのさまざまな応答とこの治療薬システムの長期的有効性については、さらなる評価が必要となっている。
今回、Jeff Hastyたちは、合成生物学的手法を用いて、腫瘍を標的とするサルモネラ菌株が保持する薬物の放出を制御する遺伝子回路（互いの発現に影響し合う遺伝子の一群）を作製した。この遺伝子回路では、閾値菌体密度に同調した細胞溶解が周期的に起こって、薬物送達の有効性が最大限引き出されている。Hastyたちは、マウスの大腸腫瘍において、この細菌集団の動態を追跡調査し、その後、大腸がんのマウスモデルにこの細菌株を単独で経口投与し、または臨床化学療法薬と組み合わせて経口投与した。その結果、回路を作製した細菌と化学療法を組み合わせると、いずれか一方だけの場合と比べてがん活性が低下し、生存期間も長くなった。
この方法は、さまざまな合成生物学ツールを活用して、疾患に冒された体内部位に特定の細菌が定着する傾向を利用する上で役立つとHastyたちは考えている。ただし、細菌を有効な抗がん治療法として利用できるようになるまでには、さらに研究を重ねる必要がある。「細菌にはこうした特徴があるが、（改変されたか否かにかかわらず）細菌単体で腫瘍が消退する可能性は低い」と同時掲載されるShibin Zhou のNews & Views記事では説明されている。
Bacteria can be engineered to release anti-cancer drugs in synchronized cycles in mouse models of cancer, finds a paper published online in Nature this week. The system also allows bacterial populations to be controlled through periodic lysis (cell disintegration) of the bacterial colony.
There is growing interest in engineering bacteria to be used as living therapeutics, but responses in host organisms and long-term effectiveness of such systems need to be further evaluated.
Jeff Hasty and colleagues use a synthetic biology approach to engineer a genetic circuit - clusters of genes that impact each other’s expression - that controls the release of drugs in a tumour-targeting bacterium of the Salmonella strain. In this circuit, periodic synchronized cell lyses maximize the efficacy of delivery of the drugs. The authors first track bacterial population dynamics in colorectal tumours in mice. Subsequently, they orally administer the bacterium strain, alone or in combination with a clinical chemotherapeutic, to a mouse model of colorectal cancer. The authors find that the combination of both circuit-engineered bacteria and chemotherapy leads to reduction in cancer activity and extended survival compared to either therapy on its own.
The authors propose that their approach may help to leverage the tools of synthetic biology in order to exploit the propensity of certain bacteria to colonize sites in the body affected by disease. However, further work is needed before bacteria can be used as effective anti-cancer therapeutics. “Despite these features, bacteria alone (whether engineered or not), are unlikely to eradicate tumours”, explains Shibin Zhou in an associated News & Views article.
doi: 10.1038/nature18930
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