皮肤共生菌Cutibacterium acnes的合成生物学改造：抗氧化递送系统开发与皮肤疾病治疗新策略

本研究针对皮肤疾病治疗中药物递送效率低、副作用大等问题，通过合成生物学手段改造皮肤优势共生菌Cutibacterium acnes（C. acnes），开发了包含CRISPRi（基因编辑技术）介导的生物防护、动态环境感应系统和抗氧化分泌模块的工程菌株。研究证实工程化C. acnes能有效降低UVB（紫外线B）诱导的角质细胞氧化应激，为皮肤微生物组疗法提供了全新工具和概念验证。该成果发表于《Cell Systems》，为慢性皮肤病治疗开辟了活体生物药的创新路径。

　　

皮肤作为人体最大的器官，承担着物理屏障、免疫调节等重要功能，但全球约三分之一人口受皮肤病困扰。现有疗法如单抗药物年费用超3万美元，且多数仅能控制症状。皮肤微生物组研究揭示，毛囊皮脂腺单元的优势共生菌Cutibacterium acnes（C. acnes）因其组织定位特异、丰度高、基因组稳定等特点，成为理想的活体生物治疗产品(eLBPs)载体。然而，该菌长期缺乏成熟的遗传操作工具，制约了其在治疗应用中的开发。

针对这一挑战，西班牙庞培法布拉大学等机构的研究团队在《Cell Systems》发表了突破性研究。研究人员系统开发了C. acnes的合成生物学工具箱，通过构建抗氧化分泌菌株，成功验证了其在皮肤疾病治疗中的应用潜力。研究采用模块化克隆策略优化质粒载体，结合RNA-seq（转录组测序）筛选内源调控元件，建立了包含启动子、核糖体结合位点(RBS)、终止子等标准化遗传部件。关键技术还包括CRISPRi介导的基因敲降筛选、基于丝氨酸整合酶Bxb1的标记基因切除系统，以及温度响应型基因回路的异源重构。

遗传工具箱的开发
研究首先优化了源自Propionibacterium freudenreichii的复制型质粒，删除非必需序列后构建了2 kb的紧凑型载体。通过测试9种内源启动子和7种荧光报告基因，发现大肠杆菌合成启动子BBa_J23119在指数期表达最强。利用双报告系统评估5种终止子，证实其效率达70%-90%。值得注意的是，该工具箱在4种不同序列分型(SLST)的C. acnes菌株中均保持功能，为个性化治疗奠定了基础。

生物防护策略建立
为避免工程菌的环境扩散，研究采用CRISPRi筛选出赖氨酸(lysA)、组氨酸(hisB)和脯氨酸(proA)合成通路的关键基因。通过同源重组构建标记基因可切除的突变株，其中ΔlysA和ΔhisB菌株在相应氨基酸缺失时完全生长抑制，而ΔproA菌株呈现生长延迟。这种营养缺陷型设计为临床应用的生物安全提供了保障。

环境感应系统构建
研究通过两种策略实现环境响应：移植异源转录因子TetR/PhlF构建化学诱导系统，aTc（脱水四环素）诱导表达可达7倍；通过RNA-seq鉴定热休克操纵子，开发温度感应系统，42°C刺激使报告基因pFAST表达提升6倍。这些系统使工程菌能动态响应皮肤微环境变化。

抗氧化治疗验证
将大肠杆菌超氧化物歧化酶SodC-F1与内源分泌信号肽RoxP融合，证实工程菌能有效分泌活性SOD（超氧化物歧化酶）。在UVB照射的N/TERT-2G角质细胞模型中，菌株上清显著降低活性氧(ROS)水平，且效果与启动子强度正相关。通过TetR系统实现SOD的可控表达，为剂量调控提供了可能。

该研究首次建立了C. acnes的完整合成生物学平台，解决了皮肤共生菌遗传改造的关键技术瓶颈。工程菌株不仅具备生物安全性设计，还能通过感知环境变化动态调节治疗分子分泌。抗氧化菌株的成功开发，为特应性皮炎(AD)、银屑病等炎症性皮肤病，以及UV损伤防护提供了全新治疗思路。未来结合患者个体微生物组特征，可开发定制化菌株治疗方案。这项研究标志着皮肤微生物组疗法从概念走向实践的重要突破，为活体药物治疗开辟了新维度。