配图：AI生成图像
被称为炎症性肠病（IBD）的一系列终身肠道疾病，包括克罗恩病和溃疡性结肠炎，严重影响了美国约240万至310万人的消化健康和生活质量。宾夕法尼亚州立大学生物技术讲席教授、化学工程教授托马斯·伍德（Thomas Wood）表示，IBD患者肠道中通常存在较高水平的致病性大肠杆菌——这种细菌菌株可导致包括食物中毒在内的严重疾病。由伍德共同领导的一个国际研究团队将调查大肠杆菌在肠道中的作用及其如何影响肠道炎症。
在本次问答中，伍德谈到了肠道细菌在IBD中的重要性，以及宾夕法尼亚州立大学先进的"器官芯片"技术——这是一种在微流体芯片内培养的工程化组织系统，能够模拟人体生理机能——如何可能带来新的诊断工具和治疗方法。
大肠杆菌与炎症性肠病之间的关系有哪些已知信息？
我们肠道中一直存在一些有益的大肠杆菌，它们作为胃肠道中相对次要但有益的成员。此外，还有与食物中毒等相关的致病性大肠杆菌菌株，会导致疾病。炎症性肠病是由致病性大肠杆菌引起的，其特点是无法清除这些有害的大肠杆菌。我们的工作致力于了解如何清除致病性大肠杆菌。
在胃肠道中，我们的上皮细胞分泌一种糖蛋白黏液素（mucin），使我们的身体能够利用约一磅重的有益细菌，同时防止它们直接接触肠道内壁的上皮细胞。因此，我们经过数百万年的进化，既依赖肠道中的细菌，又将它们保持在"一臂之遥"的距离，因为我们不希望它们侵入并进入我们的血液。
致病性大肠杆菌会破坏保护性的黏液素层，使其能够到达上皮细胞，造成病变，并产生称为志贺毒素（Shiga toxins）的细菌毒素，可能导致血性腹泻并对肠道保护层造成进一步损害。
有时可以使用抗生素来帮助控制症状，但它们对老年人和儿童并不有效，因为抗生素会诱导侵入性病原体产生志贺毒素，从而使感染恶化。
这项研究的主要目标是什么？
研究的目标是能够研究病原体如何破坏黏液素，以及当共生——有益——细菌在被称为生物膜的复杂群落中生长时如何保护黏液素，这些生物膜旨在模拟人类肠道环境。我们希望了解有益细菌如何与致病细菌相互作用，然后利用这些信息使有益细菌更好地清除导致IBD的细菌。
我们将探索的方法之一是添加能够进入致病细菌并杀死它们的DNA。关键在于确定哪种"DNAzymes"（DNA酶）在我们的胃肠道中杀死致病细菌的效果最佳。
你们计划使用的"器官芯片"技术是什么？与其他研究技术和方法相比，它有哪些优势？
黏液素芯片设备使我们能够在不使用动物的情况下研究我们的微生物组，并且通过使用电化学信号，使我们能够在不干扰的情况下研究我们肠道的复杂群落。
黏液素芯片系统是一种微流体工具，它使用小通道来模拟我们胃肠道中上皮细胞产生的黏液素。该设备将使我们能够确定大肠杆菌与保护性黏液素之间的相互作用。
您希望这项研究在未来帮助实现什么目标？
我们希望这项研究将带来有效的益生菌，可以通过口服来改变我们的微生物组——即清除病原体——并有效对抗IBD。我们还希望开发出利用DNA片段杀死致病细菌的技术。
本杰明·古里安大学生物医学工程系的哈达尔·本-约阿夫（Hadar Ben-Yoav）和以色列斯科恩合成生物学研究所的伊兰娜·科洛德金-加尔（Ilana Kolodkin-Gal）将共同领导这个项目。
由宾夕法尼亚州立大学提供
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