合成生物學 生物工程學 科學報導

噬菌體微生物偵測器—運用合成生物學來發展的辨識微生物之新方式

本篇文章中,將合成生物學的概念應用在微生物辨識的領域將改造過的噬菌體(bacteriophage)使其擁有各自專一對抗的細菌株,當它們侵入細菌並大量複製自己時,我們可以透過偵測噬菌體帶著的螢光蛋白標記,或是它們的DNA,而迅速得知該細菌的身份。以現有常見的偵測技術來說,病菌需要先經過10~24小時的培養,才能具有足夠數量讓機器去偵測辨識(透過生化方法);且若樣本是混合菌株,將需要耗費更多時間去一一分離辨認。
然而透過噬菌體偵測卻能克服這些難題!第一點,與培養細菌相比,噬菌體的複製十分迅速,只需要數小時的反應就能達到可偵測的閾值,使得即時偵測系統得以成真。第二點,噬菌體對菌株擁有極大專一性,人們可以讓各種噬菌體帶有特異標記,而能同時辨識出混合樣本中的菌種,就像小型DNA陣列。現今已經有針對抗藥性金黃色葡萄球菌(MRSA, Methicillin-resistant Staphylococcus aureus)的偵測系統通過FDA核准。
合成生物學(synthetic biology)是工程領域的一門新興學問,它把電路的概念引入基因工程,視每個基因為單一元件,透過各種組合創造出可調控的基因迴路(gene circuit);彷彿在設計機器人一樣,並將此概念應用在生物領域中。

而合成生物學在之中扮演什麼角色?它提倡標準化的基因元件(稱為biobrick)讓基因重組更方便簡易。此外,龐大biobrick資料庫中擁有各種啟動子(promoter)、核醣體結合位(ribosomal binding site)、報告基因(reporter)等供使用者組裝出最理想的迴路。引入電路中的放大器(amplifier)、邏輯閥(logic gate)概念則能讓偵測系統的sensitivity及specificity增加。


利用合成生物學的優勢後,或許能讓噬菌體即時偵測系統獲得重大進展。期待更有效的感測微生物系統被建造出來。

參考文獻與圖片來源

  1. Lu, T. K., Bowers, J., & Koeris, M. S. (2013). Advancing bacteriophage-based microbial diagnostics with synthetic biology. Trends in biotechnology31(6), 325-327.
    https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2013.03.009

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