[发明专利]表面修饰的微生物及其制备方法和应用

说明书

本申请属于生物技术领域，涉及利用生物膜包裹微生物，所述微生物为细菌或真菌；所述的生物膜用于阻隔表面的免疫源性或其他毒副作用物质。

技术领域

本申请属于生物技术领域，涉及利用生物膜进行微生物表面修饰的方法、制备的细菌及应用，具体地，涉及一种利用生物膜进行微生物表面修饰的方法、通过该方法制备的表面修饰的微生物及其应用。

背景技术

细菌是一种普遍存在的微生物，扮演着维持生态稳定的重要角色，特别是在维持哺乳动物体内稳态和健康。由于细菌的独特优势，例如，可基因编辑，快速繁殖以及疾病部位特别是肿瘤部位易于富集的特点，细菌有潜力成为生物成像、诊断及治疗工具或药物。

目前，在工程改造口服益生菌及细菌介导的疾病治疗方面，本领域技术人员以投入很多研究，但细菌在生物医学上的应用仍然面临一系列问题。首先，在细菌介导的肿瘤治疗方面，虽然有一系列工程细菌已进入I/II期临床试验，但是由于细菌所带来的剂量依赖型毒副作用及较低的治疗效果却是细菌治疗肿瘤道路中无法逾越的绊脚石。再者，在口服益生菌治疗和预防疾病方面，关于肠道微生物对宿主的免疫调节，稳态和健康维持起着极其重要的作用，其紊乱常常与一些疾病相关，例如肥胖症、糖尿病、肠炎以及某些癌症。肠道微生物，特别是益生菌的移植是一种能够预防和治疗相关疾病的有效方法。益生菌能在肠道部位富集，抑制致病菌的定植，正向调节肠道菌群稳态，从而使宿主恢复健康状态。目前口服益生菌制剂主要包括液态，片状、肠溶性包裹、聚合物凝胶以及干粉。尽管这些方法或剂型均能提高口服益生菌的递送效率，但是，由于低生物利用度和肠道停留时间不足所导致的治疗效率低在很大程度上限制肠道微生物向口服治疗药物的临床转化。

一方面，广泛知晓的表面修饰是当前用于提高移植生物材料医疗器械及生物药物在体内应用效果的重要方法之一。大量研究表明，多种合成聚合物、脂质体和生物膜都被用于对无生命力的纳米药物进行表面修饰，以提高其生物相容性、靶向性以及血液循环时间。然而，对于有生命力的细菌型药物，目前的表面修饰主要是依赖各种金属纳米颗粒和靶向分子。然而，遗憾的是这一类表面修饰不能降低细菌所产生的免疫原性，特别是大量细菌静脉注射时所引起的细胞因子风暴，同时也无法避免细菌被网状内皮系统大量吞噬与清除，从而导致生物利用度不足和治疗效果不理想这些固有缺陷。

另一方面，基因改造或者化学修饰拓宽了益生菌的应用，例如，通过基因改造的工程益生菌能够增强细菌的压力耐性，调节疫苗或者药物的递送，直接杀死特异致病菌或者抑制其毒性。而且，利用合成材料的化学表面修饰提高口服益生菌在肠道里面的稳定性。但是，目前，大部分益生菌是多个细菌同时被包裹，只有少数一部分是单细菌包裹，例如层层包裹(layer-by-layer)。这些方法虽然在不同程度上提高了口服益生菌的口服效率，但仍存在无法提高这些细菌在体内的预防和治疗效果，例如，复杂的胃肠环境(包括肠道微生物、药物、饮食、强酸、胆汁酸等)引起的益生菌存活量不足，以及包裹对益生菌在肠道定植的抑制，导致其在肠道停留时间短。此外，繁琐的制备方法和严苛的分离程序也不利于工业上扩大生产。因此，发明人亟需研究一种新的方法克服细菌药物(例如，口服细菌)发展和应用道路上的这些障碍。

考虑到上述细菌介导的治疗体系和纳米药物所存在的不足和缺陷，本申请的发明人创造性地提出利用生物膜对细菌进行表面修饰，以降低细菌产生的毒副作用，增加细菌在血液中的保有量，以及提高细菌在疾病部位的富集，由此提高细菌在成像、诊断或预防或治疗疾病方面的效果。

而且，针对上述目前细菌口服药物发展和应用所存在的问题，本申请的发明人创造性地利用生物膜，例如非天然的生物界面超分子自组装(BiointerfacialSupramolecular Self-Assembly)或天然的细胞膜对微生物细胞表面进行修饰，尤其是细菌或真菌细胞表面，从而获得一种经修饰的微生物，该种简单、方便、快速且安全的方法使微生物(如细菌或真菌)能躲避免疫系统的清除、增强细菌或真菌在肠胃系统恶劣条件下的生存能力和存活率、并延长细菌或真菌在肠道部位的停留时间及提高其定植能力，进而提高细菌或真菌药物对各种疾病预防和/或治疗的效率和效果。

发明内容