英属哥伦比亚大学（UBC）的研究人员改造了一种肠道细菌，使其在疾病存在时会减弱其荧光发光。他们的发现可能通过利用已存在于肠道内的细菌来改善我们诊断肠道问题的方式。该研究发表在《细胞》期刊上。

"我们的生物传感器可以提高预测肠道疾病进展的能力，识别出有助于预防性干预措施的早期变化。"共同第一作者、微生物学与免疫学系的博士生Juan Camilo Burtudo说。

目前窥探肠道健康状况的金标准方法涉及侵入性操作，且只能提供肠道健康的单次快照。UBC开发的这种生物传感器（目前已在小鼠中测试）建立了一项新技术，可以通过粪便样本提供非侵入性、持续性的监测。

利用"有益"肠道细菌

"天然存在于肠道内并支持肠道健康的有益细菌对局部条件高度敏感，并已进化出在这些环境中长期生存的能力，"共同第一作者Giselle McCallum博士说，她进行这项研究时是一名博士生。"因此，在这些细菌中构建生物传感器，可以让研究人员在不干扰肠道环境的情况下持续监测它。"

研究团队专注于多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron），这是一种可在实验室中轻易改造的天然肠道细菌。他们识别出了多形拟杆菌中响应肠道紊乱（常见于乳糜泻和炎症性肠病等胃肠道疾病）而被"开启"的基因。

其中一个关键的紊乱是渗透压应激：当肠道无法正常吸收食物时，未消化的分子积聚并吸引水分进入肠道。这可能导致腹泻、炎症，并可能使原有疾病恶化。

"了解这些肠道变化对于推进我们对肠道健康的诊断和治疗策略至关重要，"资深作者、微生物学与免疫学系及生物医学工程学院的助理教授Carolina Tropini博士说。"为此，我们需要在这些变化发生时，包括在症状出现之前，进行高度敏感的测量。"

与发光蛋白关联

生物传感器通常通过改造细菌，使其在受到应激时发光来制造。然而，在多形拟杆菌中，这种发光太弱而难以检测。为了解决这个问题，研究人员将这个系统反过来：他们改造了细菌，使其在正常条件下发出明亮的荧光，而在应激时减弱。因此，肠道中较高的渗透压应激会导致较弱的荧光，使研究人员能够通过信号衰减的程度来测量应激水平。

随后，团队在小鼠中测试了他们的生物传感器，通过分析粪便样本来测量单个细菌细胞中的荧光强度。

"我们发现，生物传感器准确地报告了肠道中的渗透压应激，甚至能检测到未引起腹泻等临床症状的细微变化。它在数周内保持稳定和响应，这意味着它可以长期追踪肠道环境，并有可能在症状出现前检测到疾病。"Burckhardt说。

研究人员现在可以调整他们的生物传感器来报告其他肠道状况，并可能开发能够同时读取多种变化的传感器，包括肠道中的氧气、温度和pH水平。

"虽然早期的应用可能主要关注监测胃肠道疾病，但长期目标是个性化方案，人们可以长期追踪自己肠道健康的某些方面，并识别失衡或功能障碍的早期预警信号。"Tropini博士说。

研究人员希望他们的研究能为一系列新一代活体生物传感器奠定基础，包括仅在检测到特定疾病相关变化时才递送药物的细菌系统。

参考文献：

McCallum G, Burckhardt JC, He J, Hong A, Potvin-Trottier L, Tropini C. A Bacteroides synthetic biology toolkit to build an in vivo malabsorption biosensor. Cell. 2026 Jan 28:S0092-8674(25)01501-6. doi: 10.1016/j.cell.2025.12.052. Epub ahead of print. PMID: 41610848.