长期以来，科学家们一直试图将基因工程细菌引入肠道来治疗疾病。在过去，这些尝试主要集中在改造常见的实验室菌株大肠杆菌，这种菌株无法与适应宿主的本地肠道细菌竞争。现在，一组研究人员成功地改造了从人类和小鼠肠道微生物群中收集的大肠杆菌，并表明它们有治疗糖尿病等疾病的潜力。

“对于外来细菌，我只能说运气好。肠道微生物群是非常动态的，不断变化，这让非本土细菌更加困难，”加州大学圣地亚哥分校健康中心的胃肠病学家、该论文的高级研究员阿米尔·扎林帕说。“对于以前从未在哺乳动物体内生活过的细菌来说，现在进入肠道微生物群落丛林是一个挑战，所有这些敌对的条件都是为了防止细菌入侵者占据。”

该小组设计了一种解决这个问题的方法，直接从宿主身上收集大肠杆菌。扎林帕说:“我们体内的细菌特别适应我们每个人:我们吃的食物种类、我们身体经历或诱发的常见压力，以及我们的基因背景。”“这种不断波动的环境是它们的常态。”这是原生细菌的一大优势，使它们成为工程学的理想候选人。

扎林帕尔说:“我们已经将这些细菌改造成可以生活在我们的微生物群中的工厂，并有可能生产药物。”“我们知道大肠杆菌可以携带致病基因并导致疾病，现在我们才意识到，如果我们把一种有益的基因放入，它可以帮助我们治疗慢性疾病，甚至可能治愈其中一些疾病。”

研究小组首先收集了宿主的粪便样本，并提取了大肠杆菌进行进一步的修饰。扎林帕说:“我们对细菌说:嘿，我们会给你一种新的超能力，你可能甚至不会从中受益，但我们会把你放回你茁壮成长的环境。”

研究小组给这些特定细菌提供的超能力是一种叫做胆盐水解酶(BSH)的蛋白质。在小鼠中进行一次治疗后，在小鼠的整个肠道中都发现了带有BSH的大肠杆菌，它们在宿主的整个生命周期中都保持着BSH活性。该小组还表明，BSH活性能够对小鼠的糖尿病进展产生积极影响。

这比使用非原生实验室工程菌菌株进行类似处理(通常需要多次处理)是一个显著的改进。这些改造过的细菌在宿主肠道中的停留时间不像扎林帕教授的团队发现的原生大肠杆菌那样长，也不像原生大肠杆菌那样稳定。

除了成功地影响小鼠的糖尿病，该小组还能够对从人类肠道中提取的大肠杆菌进行类似的修改。

虽然他们已经展示了实质性的成果，但改造原生细菌也带来了另一组挑战。“原生细菌非常耐改造;这是他们先天防御机制的一部分，”扎林帕说。他们的数据表明，将一个基因植入原生细菌的成功率比在实验室菌株中植入的成功率低100倍左右，但扎林帕尔和他的团队正在优化这一过程。扎林帕说:“现在有许多新的基因工程工具可以让我们更有效地改造这些细菌。”

该组织计划使用这项技术来寻找治疗更多疾病的方法。“我们的梦想很大，”扎林帕说。“这项技术可能会打开微生物组疗法的应用，从而影响许多不同的慢性和遗传疾病。”