[发明专利]一种靶向治疗用人工趋磁细菌及其构建方法和应用

说明书

本发明公开了一种靶向治疗用人工趋磁细菌及其构建方法和应用，所述人工趋磁细菌内包含能够在细菌表面表达出定位蛋白的基因结构，以及密度感应元件控制的治疗基因表达序列，所述细菌表面表达有所述定位蛋白，所述定位蛋白通过生物亲和作用与磁颗粒相连。本发明的人工趋磁细菌能够在外加磁场的作用下富集到生物体内的靶向部位，当细菌的密度在靶向部位富集到密度感应元件感知的临界密度时，密度感应元件控制治疗基因表达，因此具有较好的靶向治疗作用。本发明的人工趋磁细菌可用于制备靶向治疗的药物中，提高治疗的靶向性和特异性。

技术领域

本发明涉及生物医药技术领域，尤其涉及一种靶向治疗用人工细菌，特别是一种靶向治疗用人工趋磁细菌及其构建方法和应用。

背景技术

自然界中存在大量能够适应并利用不同环境条件的微生物，可供我们开发利用。其中一个特殊例子就是趋磁细菌。这类原核生物群体能够借助地球磁场的作用，使自己迁移至低氧海水环境中。虽然这类微生物在生理、形态与系统发生上呈现多样化的特性，但它们依然表现出一些共同特性。趋磁细菌一般出现在海洋有氧层与无氧层的交界面附近，它们几乎都是厌氧或微耗氧细菌，或者两种特性兼而有之。这一类群细菌的最显著特征在于它们能够向着地球磁极运动。依靠自身鞭毛的作用，北半球的趋磁细菌向着北磁极运动，而南半球的情况则相反。趋磁性与各种趋化性相配合，可以使趋磁细菌更好地适应化学性质存在差异的不同水体底部的微氧环境。

这种趋磁性由细菌内部一个特殊结构——磁小体介导。它由磷脂双分子层包裹着的磁铁纳米晶体组成，包含四氧化三铁、四硫化三铁、硫化亚铁和八硫化七铁等物质。一般情况下，磁小体的形态、晶体成分、尺寸和排列方式都有其种属特异性。磁小体大小一般在35到120纳米之间，亦有报道指出在一些无法培养的菌株中存在250纳米的磁小体。其形状包含矩形、长棱镜状和八面立方体等多种类型。各磁小体在细胞内依次排列成一条或多条长链，组成一个“磁场感应器”，使趋磁细菌能够顺着外部磁场的方向游动。磁小体的形成机制尚不明确，一般认为其形成应当包括以下几个环节：磁小体囊泡形成，摄入环境中的铁，向囊泡转运铁和晶体生物矿化。

由于磁小体有包膜结构、纳米级大小、尺寸分布窄和具有铁磁性等特点，自40年前被发现以来，人们就对趋磁细菌及其磁小体进行了多方面的研究与开发利用。曾有学者利用趋磁细菌在陨石和岩石中寻找磁铁矿。趋磁细菌也被用于清除污水中的放射性核素和重金属。虽然对趋磁细菌的研究不断深入，但其苛刻的生长方式与复杂的营养要求，使得对它的分离培养变得非常困难。因此仅有一小部分趋磁细菌能够被培养与研究。由于对它们缺乏了解，尚无一种能够产生硫复铁矿的趋磁细菌被纯培养。这也阻碍了我们对天然趋磁细菌应用价值的开发。

由于认识水平与研究手段的原因，趋磁细菌的磁性内含物反而得到了更广泛的研究利用，特别是在医疗与诊断领域，如磁共振成像、热疗、标记细胞分离和药物输送等。利用一些多功能分子对磁颗粒表面进行修饰，可以将它的应用范围扩展至生物技术领域。如利用多基团连接物的一端与磁颗粒外膜上的氨基酸等分子结合，另一端再与需要携带的药物分子结合，就可以将药物固定在磁颗粒上。这一工程磁颗粒可以被施加的磁场捕获，并将药物运输到特定部位。在DNA分离技术中，经含氨基末端的有机物修饰的磁颗粒可以显著增加DNA回收效率。这种工程磁颗粒有望用于肿瘤治疗中的药物运输。肿瘤化疗的一个主要不足就是，毒性药物经过静脉注射，随着循环系统分布全身，无法被特异集聚在病灶部位。由此带来的副作用就是药物攻击肿瘤时，也会损伤正常的组织器官。而通过开发利用药物磁运输技术，可以明显降低抗肿瘤药物在血液循环系统中的分布。同时由于药物被靶向运输至肿瘤部位，其治疗效果可以得到明显提高。这一结果在脑瘤和骨髓瘤等的动物模型中得到很好的验证。