工程微生物作为一种“生物活药”，能够被用于肠道炎症、代谢疾病等多种疾病的防治，是目前生物疗法中的研究热点。2月20日，记者从天津大学获悉，该校王汉杰教授、孙韬讲师和刘夺副研究员针对工程微生物皮肤修复应用中，难以长期维持生物功能的难题，设计了一种水凝胶包裹的光自养工程微生物菌群“生物活药”。该菌群中包含光自养的工程聚球藻PCC 7942和异养的工程乳酸乳球菌，两种工程微生物构成了一种共生的工程菌群，可以在表皮持久发挥治疗功能。相关研究成果发表在国际期刊《ACS应用材料与界面》上。
工程微生物是指通过合成生物学技术改造，能够执行特定功能（如分泌药物、感知疾病信号）的微生物。工程微生物作为一种“活着的药物”，能够被用于治疗肠道炎症、代谢疾病等，因此在治疗过程中保证工程微生物的活性是治疗的关键。水凝胶具有良好的附着性能和多孔隙的特点，研究人员通常将工程微生物包裹在水凝胶材料中，以保证工程微生物更好地发挥功能。
然而，当这种“生物活药”被用于皮肤时，由于皮肤表面通常比较干燥，因此缺少工程微生物能够利用的营养；且皮肤与环境直接接触，日常活动等都会直接影响皮肤上的工程微生物活性。
“这种相对恶劣的生存环境，使得工程微生物在表皮难以长久地停留和发挥功能，限制了其在表皮的应用。”王汉杰解释，虽然水凝胶能够为工程微生物提供湿润和稳定的环境，但仍需为工程微生物提供存活所必需的碳源。
为此，该研究设计了包含两种工程微生物的人工菌群。其中，工程聚球藻PCC 7942能够通过光合作用生产蔗糖，工程乳酸乳球菌能够利用蔗糖作为碳源发挥功能。在这项研究中，水凝胶中的工程乳酸乳球菌能够利用聚球藻生产的蔗糖，持续分泌细胞因子CXCL12，促进皮肤伤口的愈合。
这项研究中所构建的光自养人工菌群正是通过物质的传递，为工程微生物在皮肤长久稳定地发挥功能提供必需的条件。
该团队通过大鼠背部全皮层缺损模型探究这种“生物活药”的应用，第14天时，不做任何处理的空白对照组仍有62.6%的伤口面积未愈合，相比之下，“生物活药”处理后的伤口未愈合面积为13.2%，这表明“生物活药”处理加快了伤口的愈合速度。同时，通过免疫组化、对细胞因子水平进行分析，该团队证明CXCL12能够通过促进M2型巨噬细胞参与抑炎、愈合和再生过程，进而促进伤口的愈合。
目前，国内外多家公司积极布局，已经有多项利用工程微生物“生物活药”治疗疾病的临床试验，显示出了这一新型疗法的巨大潜力。利用工程微生物治疗皮肤疾病已有先例，包括治疗湿疹、感染等。该研究提出了构建包裹工程微生物群的“生物活药”新策略，相比于应用单一工程微生物，两种甚至更多种的工程微生物联合使用，能够为“生物活药”功能设计提供更大的自由度，并且可以具有更强的功能。
