超聲波“聲吶”成像的治療用細(xì)菌

朱崇愷

在1966年的科幻電影《神奇旅程》中，一艘潛艇被縮小并注入科學(xué)家的身體，修復(fù)了他腦中的血塊。雖然電影只是幻想，但如今加州理工學(xué)院的研究人員正朝著這個(gè)方向邁進(jìn)：他們首次創(chuàng)造了能夠反射聲波的細(xì)菌細(xì)胞，這一點(diǎn)和潛艇反射聲吶以揭示它們位置一樣。這一結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上。

此項(xiàng)研究的最終目標(biāo)是將治療性細(xì)菌注入患者體內(nèi)。工程菌反射超聲波機(jī)器發(fā)出的聲波并產(chǎn)生圖像揭示微生物的位置，這類似船舶或者潛艇在另一艘船尋找它時(shí)發(fā)出聲吶一樣。獲得的照片圖像可以讓醫(yī)生知道，細(xì)菌是否正確地到達(dá)身體中的目標(biāo)位置及它們是否正常工作。

使用細(xì)菌作為藥物的想法并不新鮮。益生菌已被開發(fā)用于治療腸道疾病，例如腸易激綜合征。一些研究表明，細(xì)菌可用于靶向治療破壞癌細(xì)胞。但是，觀察體內(nèi)的細(xì)菌細(xì)胞以及與它們交流——既要收集反映身體狀況的信息，也要讓細(xì)菌知道接下來要做什么——之前的研究還做不到。依賴于可見光的成像技術(shù)，例如用編碼熒光蛋白的“報(bào)告基因”標(biāo)記的細(xì)胞的照片，因?yàn)楣饩€不能穿透細(xì)菌細(xì)胞所在的腸道等深層組織，因此僅能對(duì)從身體移除的組織樣品起作用。

加州理工大學(xué)化學(xué)工程系的助理教授米哈伊爾·夏皮羅（Mikhail Shapiro）想用超聲波技術(shù)來解決這個(gè)問題，因?yàn)槌暡梢陨钊肴梭w。他說，大約六年前，當(dāng)他了解到某些水生菌用體內(nèi)充滿氣體的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)自身浮力時(shí)，他就有了一個(gè)靈感。夏皮羅假設(shè)這些被稱為“氣泡”的結(jié)構(gòu)反彈聲波的方式與其他類型的細(xì)胞不同。事實(shí)上，他和他的同事們證明，氣泡可以用超聲波在小鼠的內(nèi)臟或組織中成像。團(tuán)隊(duì)的下一個(gè)目標(biāo)是將用于制造氣泡的基因從含水細(xì)菌轉(zhuǎn)移到不同類型的細(xì)菌（比如大腸桿菌）中。他們成功了！實(shí)驗(yàn)證明，工程化植入大腸桿菌的氣泡一樣可以在小鼠的內(nèi)臟中超聲成像。

研究人員說，盡管這項(xiàng)技術(shù)用于人類的話還需要很長(zhǎng)時(shí)間，但應(yīng)該很快就能提供給從事動(dòng)物研究的科學(xué)家使用。endprint