合成生物学将触发医学革命-合成生物学巨擘Martin Fussenegger Nature子刊发表合成生物学必看Review

在生物体内，细胞可以不断监测和处理环境信号，扮演传感器的作用，触发纠正措施，使生物体能够应对不断变化的环境。

这些自然过程激励生物学家构建合成生物传感器和信号通路，通过重新利用天然存在的蛋白质和从头设计分子构建模块，用于定制诊断和治疗。

目前在细菌或人类细胞中操作的定制遗传网络已导致实验动物模型中的癌症缓解。人工设计的细胞在感染，代谢和自身免疫疾病中的其他应用也在探索中。

在本综述中，描述了合成基因电路在主要疾病领域的生物医学应用，并讨论了如何根据合成生物学原理开发的第一个基因工程设备如何实现从实验室到临床的飞跃。

正如综述中所说：

受合成生物学启发的基于细胞的疗法和采用预防性治疗电路来恢复需要的体内平衡预期将引发医学革命，其方式类似于引入小分子药物以及随后的生物制剂。

基因回路的疾病控制特征跨越三个附加能力水平：疾病鉴定，疾病诊断，随后触发自主调节的治疗反应，以及疾病预防。正在追求这一层级的许多方法，并可能最终为防治传染病，代谢和肿瘤疾病提供更有效的策略。

学术研究已经促进了旨在将合成生物学启发电路商业化的企业：Synlogic开发了临床试验，可能使工程化益生菌Synthetic Biotic在未来十年内解开和治疗代谢疾病的商业化。

 T3 Pharmaceuticals AG156正在开发具有重新利用的细菌III型分泌系统的抗癌细菌菌株，其可用于注射治疗剂。

EnBiotix正在开发的抗感染药正在恢复噬菌体疗法，以增强抗生物膜形成细菌对人工关节感染的抗生素治疗的敏感性。

利用CRISPR-Cas9，Eligo Bioscience基于噬菌体的抗菌剂和CRISPR Therapeutics与人类基因编辑技术相结合，正在开发一套技术来抵抗抗性细菌亚群。

首个人工设计细胞疗法 - 诺华制药的CAR-T细胞产品tisagenlecleucel于2017年中获得美国食品和药物管理局批准。这种以合成基因网络为特征的新一代治疗药物价格高达475,000美元，尽管至少在这种情况下，该公司提供了唯一付费一次成功的定价方案（向患者收取费用只有达到疾病缓解时）。

基因治疗领域的这一趋势和其他近期的临床发展加强了这种支持，尽管产品的成本可能很高，但更多的基因电路和设计师细胞可能会很快从替补席转移到床边。如果肿瘤学这种概念证明的发展可以作为指导，那么患有代谢和炎症疾病的患者很可能在未来十年内从基因回路中受益。我们预计最终将通过用纠正性遗传密码对细胞进行重新编程以取代涉及频繁注射的疗法来克服胰岛素缺陷。

复杂的电路也可以设计成通过选择性赋予共生细菌的能力来预防传染性疾病。继CAR-T细胞取得最新成就之后，压力和衰弱的癌症手术和化疗可能让位于合成的寻找和破坏免疫细胞。我们认为，只要基于细胞的疗法在临床中保持足够的稳定性，对治疗性基因回路的利用将引发疾病根除的革命。

合成生物学应通过提供广泛的专用生物工程电路来为个性化医疗做出贡献。基因网络作为恢复代谢平衡或替代非靶向症状后治疗的预防或治疗电路可能导致可编程疾病干预。预计生物医学基因电路有可能成为下一代个性化医疗的基石，尤其是难以根除或难以治疗的疾病。