實驗室的另一位博士后研究員,深入參與這項工作的Marcelo Torres解釋道,“我們的傳感器甚至可以檢測到100個細胞中的細菌。通常需要1萬或10萬個細菌細胞才能視為感染,我們可以及早發現感染并可以檢測細菌隨著時間變化所發生的增長。”
De la Fuente的長期目標之一是創建人造抗生素,該實驗室已經取得了很大的進展。憑借人工智能,計算機可以知道哪些自然分子能夠成功對抗細菌,然后根據這些數據生成新的人造分子(如上圖所示)。研究人員可以將它們打印出來并用于真正細菌的測試
一旦傳感器注意到感染蔓延,它就會通過基于手機的應用程序通知用戶。只需按一下按鈕,用戶就可以發送電信號以啟動治療,即預先裝在繃帶上,名為肽的微小蛋白質細菌特異性氨基酸鏈。Torres表示,“這些細菌產生的分子,如果將電流引入系統,它們會經歷電化學過程,這是眾所周知的。我們要做的就是找到每個分子的正確模式,正確的電化學結構。”
研究團隊已經找出了哪些肽可以成功地針對引起感染的特定病原體,并創建了擁有電極的應用程序的測試樣本。
Melo指出,“我們所進行的每一步都有概念證明。”
Torres補充道,“現在要做的就是將其合成。”
一旦合成,該系統發現感染的速度將比今天快得多。通常,擦拭傷口后需要數小時或數天才能恢復,但這些讀數僅需要幾秒鐘。De la Fuente表示,未來版本的生物傳感器可能會以藥丸的形式被吸收,這些藥丸可以檢測出腸道中的某些細菌,并進行治療。
合理使用益生菌
讀取腸道內的信息并釋放藥物的想法已經在另一個專注于益生菌工程的項目中發揮作用,在酸奶等食品中發現了“好”的細菌。
這正是博士后研究員Esther Broset的興趣所在,她表示研究目的不是殺死有益的微生物細菌群,而是針對可能會使我們生病的腸道內微生物。Broset指出,“如果我們殺死微生物群中的危險細菌會發生什么?我們將在益生菌中表達這種細菌。”
在實驗室計算機生成抗生素研究中,研究人員使用相同的機器學習來縮小分子范圍,從而找到適合于益生菌使用的蛋白質,這是至關重要的,因為某些肽對益生菌而言是有毒的。
Broset解釋道,“研究人員在我們的胃里面發現一種針對病原體的肽,會引起潰瘍。”她可以一點點地將這種蛋白質編碼到特定細菌的DNA中去,讓這些細菌產生有益的益生菌。她補充道,“你可以編碼任何你想要的分子,包括它們的表達式、數量、高或低。”在合適的情況下,腸道中的益生菌會產生這種肽并分泌出來以對抗病原體。
De la Fuente表示,目前最有應用前景的是沙門氏菌,“從理論上講,你可以喝酸奶,酸奶將通過體內到達結腸、腸道,而益生菌將在腸道內繁殖并治療沙門氏菌感染。”最終,如果該概念被證明是成功的,那么益生菌的導管可以是一種主動服用的藥丸,當它檢測到危險的細菌時會釋放出合適的肽。
歸根到底,所有研究項目的目標是創建de la Fuente所描述的開發閉環,從計算機設計、機器學習,打印、合成到篩選生物制品的一切都將自動進行并循環回電腦。de la Fuente闡述道,“對分子開發和創建新藥物而言,它將成為一套非常有用的工具。”
他還承諾要創建一個多元化實驗室,實驗室成員通常取自這些領域中代表性不足的群體,他們來自不同的地方,擁有不同的科學背景。他表示,“實驗室的宗旨是歡迎來自世界各地的人才,讓這些人成為未來的領導者。”這些科學家的組合將使實驗室突破分子測序的界限。