在一个夏天进行的一项研究中，一群志愿者喝了一种白色的薄荷糖混合物，里面装着数十亿的细菌。微生物经过精心设计，可以分解血液中天然存在的毒素。

绝大多数人都可以在没有任何帮助的情况下做到这一点但对于那些做不到的人来说，这些微生物有朝一日可能成为一种活生生的药物。该试验标志着一个有前途的科学领域，即合成生物学的一个重要里程碑。二十年前，研究人员开始像工程师修补电子产品那样修补生物。

他们利用了基因通常不能孤立运作的事实。相反，许多基因协同工作，激活和停用彼此。合成生物学家操纵这些通信，创建响应新信号或以新方式响应的细胞。到目前为止，最大的影响是工业。公司正在使用工程菌作为微型工厂，组装复杂的分子，如抗生素或用于制作衣物的化合物。

然而，近年来，许多研究团队已将注意力转向内心。他们想利用合成生物学来塑造进入我们身体的微生物，并从内部对待我们。今年夏天志愿者喝的细菌混合物 - 由Synlogic公司测试 - 可能成为第一个获得美国食品和药物管理局批准的合成生物学医疗方法。

这种细菌被设计用于治疗罕见的遗传性疾病，称为苯丙酮尿症或pKU。患有这种病症的人必须避免食用肉类和奶酪等食物中的膳食蛋白质，因为它们的身体不能分解副产物，一种叫做苯丙氨酸的氨基酸。

由于苯丙氨酸在血液中积聚，它可以破坏大脑中的神经元，导致发育迟缓，智力残疾和精神疾病。pKU的传统治疗方法是严格的低蛋白饮食，伴随着含有营养补充剂的奶昔。

但在对小鼠和猴子进行的实验中，Synlogic的细菌作为替代疗法显示出前景。周二，公司调查人员在健康志愿者的临床试验中宣布了积极的结果。研究人员现在正在对pKU患者进行试验，并希望明年报告初步结果。哥伦比亚大学的合成生物学家Tal Danino表示，其他一些研究人员正在开展类似项目，但没有人像Synlogic那样快速前进。“他们正在领导这项指控，”他说。

Synlogic的联合创始人之一，麻省理工学院的合成生物学家James J. Collins在2000年发表了合成生物学的第一个原理证明。柯林斯博士在接受采访时说，他和他的同事赋予了大肠杆菌一种在暴露于某些化学物质时打开和关闭基因的方法 - “就像基因的光开关一样”。起初，科学家们设想使用重新布线的细菌作为环境传感器 - 可能会检测空气中的生物武器并产生化学信号作为响应。但随后来了微生物组。

在2000年代中期，微生物学家开始绘制我们内心的微生物，这些微生物是生活在健康人体内的各种生物。科学家发现，微生物组不断进行复杂的生物化学，其中一些有助于保护我们免受疾病的侵害。

合成生物学家很快开始怀疑他们是否可以添加工程细菌 - 可能作为疾病迹象的内部传感器，或者甚至是作为人体需要药物的肠道工厂。

“你不能高估微生物组工作的影响，”科林斯博士的前学生杰夫·赫斯特说，他现在在圣地亚哥加利福尼亚大学经营自己的实验室。“简而言之，这改变了一切。”

麻省理工学院的另一位合成生物学家Collins博士和Timothy K. Lu于2013年共同创立了Synlogic，该公司开始寻找疾病。他们的一个选择是北京大学，它影响了美国的16,500人。

最近有药物可以降低苯丙氨酸含量。但它们只能在一小部分患者身上发挥作用，而且它们会产生副作用。

“我们目前提供的工具还不够好，”国家北京大学联盟执行主任克里斯蒂娜·布朗说。

多年来，研究人员一直在研究用基因疗法治疗pKU，希望将有缺陷基因的工作版本(称为pAH)插入患者自身的细胞中。但到目前为止，这种方法还没有超越小鼠的研究。

Synlogic新设计的细菌的透射电子显微镜图像.CreditW.M.Keck生物成像设施，怀特黑德研究所

对于Synlogic来说，pKU看起来是一个利用合成生物学创造一种可能获得政府批准的治疗的成熟机会。

公司研究人员选择了一种已经研究了一个多世纪的无害大肠杆菌菌株。“大多数人的肠道内都有健康，良好的大肠杆菌，”Synlogic首席科学官保罗米勒说。

研究人员将基因插入到细菌的DNA中，这样一旦它们到达肠道，它们就像我们自己的细胞那样分解苯丙氨酸。

其中一个新基因编码一个泵，细菌用它吸收周围的苯丙氨酸。第二个基因编码将苯丙氨酸分解成片段的酶。然后细菌释放出碎片，这些碎片在尿液中被洗掉。

Synlogic团队希望微生物仅在适当的时间和地点在人体内分解苯丙氨酸。因此，他们设计了细菌，以便在他们感觉到周围的高水平氧气时关闭苯丙氨酸基因。只有当他们到达一个没有氧气的地方 - 肠道 - 他们才会打开他们的工程基因。

为了测试细菌，研究人员创造了具有导致pKU的突变的小鼠。当小鼠接种一定剂量的细菌时，与不含微生物的小鼠相比，其血液中的苯丙氨酸降低了38%。研究人员还在健康的猴子身上试用了细菌。当没有微生物的猴子吃高蛋白饮食时，他们的血液中出现了苯丙氨酸的飙升。在其肠道中具有工程菌的猴子仅经历了轻微的隆起。

对于他们的人体试验，Synlogic招募健康人来吞下细菌。有些人服用了一剂，而其他人则在一周内喝了越来越大的剂量。在摄取细菌后，志愿者们喝了很多蛋白质的摇动或吃固体食物。周二，Synlogic宣布该试验证明人们可以安全地耐受这些细菌。此外，他们摄入的细菌越多，尿液中的苯丙氨酸就越多 - 这表明细菌正在发挥作用。下一步将是观察微生物是否可以降低pKU患者的苯丙氨酸水平。“我对我们到达目的地的速度感到惊讶，”柯林斯博士说，他没有参与Synlogic的pKU研究。

7月，Danino博士及其同事在Cell Systems杂志上发表了一篇评论，对研究人员正在设计合成微生物治疗的其他一些疾病进行编目，包括炎症和感染。Danino博士和Hasty博士目前正在合作开展另一个项目：如何使用合成生物学来对抗癌症。开发癌症药物的一个巨大挑战是它们经常无法穿透肿瘤。但微生物组研究人员发现，天然细菌经常渗入肿瘤并在其内部生长。

现在，科学家正在研究能够进入肿瘤的细菌。一旦到达那里，它们将卸载吸引免疫细胞的分子，研究人员希望这些分子可以杀死癌症。“我认为，身体内有细菌的任何地方都有机会让他们做其他事情，”Danino博士说。