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学生通过遗传工程改造大肠杆菌进行皮肤病治疗

角蛋白是一种天然存在的蛋白质,它将皮肤细胞彼此固定,并在形成表皮中起着至关重要的作用。但有时可能会有太多好事。

皮肤中过量角蛋白的累积可导致毛发角化病,一种以小肿块和发红为特征的良性病症,以及触发粗糙,鳞片状斑块并可发展成皮肤癌的光化性角化病。治疗这两种疾病,从硫磺肥到酸洗,再到手术,都是令人不愉快的,侵入性的,并且对于许多患者来说是无效的。

根据哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院的一组学生的说法,更好的治疗方法可能源于不太可能的大肠杆菌来源。这些学生是学校国际基因工程机械(iGEM)团队的成员,他们通过遗传工程改造细菌,分泌针对皮肤角蛋白积聚的酶。

“目前大多数针对角化病和光化性角化病的治疗方法包括切断病情,冷冻或用酸烧掉它们,它们都对人体有很大的侵袭作用。我们已经提出了一种治疗自然的方法。痛苦,“21岁的Aaron Hodges,生物医学工程集中器。“我们希望开发一种对患者更舒适的治疗方法。”

该团队由化学和生物工程副教授Neel Joshi建议,利用真菌中的几个基因,这些基因可以编码分解角蛋白所需的三种不同的酶。他们将真菌基因整合到一个质粒中 - 一条DNA的短链 - 它们被插入大肠杆菌中,这些细菌经过工程改造,通过其外部双膜分泌酶。

他们将细菌悬浮在藻酸盐凝胶中,调节溶液中的营养物质和催化剂化学物质的量,使细菌随时间分泌出适量的酶。他们的目标是使用这种凝胶为患者制作局部贴剂。

“随着时间的推移,贴上一种能够分泌治疗药物的补丁,相对于每天必须多次施用的酸性摩擦或其他治疗方法具有重大优势,”生物工程浓缩器SB '20的Nathan Sharp说道。“减少患者实际使用补救措施的次数已被证明可以提高患者的依从性。”

开发理想的海藻酸盐凝胶成分是学生面临的一项重大挑战。另一种来自分子克隆过程,称为Gibson组装。

“一般来说克隆只是一个非常挑剔的过程,所以这是一个很多的试验和错误,当你在一个时间期限内工作时,这不是最好的系统,”夏普说。“有时它不起作用,你不太清楚为什么。你可以做出有根据的猜测,并尝试纠正它,但这有时是你能做到的最好的。”

耐心和协作帮助团队度过了这些挑战,现代科学集中的AB '20的Tajrean Rahman说道。当他们今年夏天开始研究该项目时,团队成员几乎没有湿实验室经验,但他们共同努力发展关键技能。在实验室漫长的白天和黑夜中,团队的动力来自于他们与社区的联系。他们采访了许多患有皮肤病的患者和经常治疗这些疾病的医生。

拉赫曼说:“我非常感谢能够与受这些疾病影响的人们进行接触和交谈。”“很多人说我们的治疗方法会对他们的生活方式产生积极的影响,对他们来说非常有意义,所以这对我们的成功是一个非常有益的衡量标准。”虽然患者准备好的局部贴片可能需要很多年,但拉赫曼对该团队的概念证明感到自豪。

他们的工作也可以应用于其他领域。例如,农业废弃物中的猪鬃和羽毛通常含有必须分解的过量角蛋白,夏普说。“我们正在揭示一个应该进行更多研究的研究领域,因为有很多潜在的应用,”霍奇斯说。“随着对这一特定领域的更多研究,这些治疗方法可以真正帮助人们。”

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