【新闻】蔡丰丰团队在Cell子刊发表重要综述：智能工程菌—迈向精准医学的“活体药物”新纪元

近年来，合成生物学与精准医学的深度融合，正在重塑疾病治疗的技术范式。随着基因编辑、模块化基因电路设计以及系统生物学理论的不断成熟，科学家已能够对微生物进行高度可编程改造，使其具备环境感知、逻辑运算与精准释放治疗分子的能力。工程化细菌因此被视为活体药物（Living therapeutics）的重要代表，有望在肿瘤治疗、炎症性疾病调控以及代谢疾病干预等领域实现突破。然而，如何构建高可靠性的智能基因线路、如何确保遗传稳定与生物安全，以及如何推动其临床转化，仍是该领域亟待系统梳理和深入探讨的关键问题。

3月17日，同济大学附属同济医院乳腺外科中心蔡丰丰主任医师、乔龙亮博士团队联合华东师范大学生命科学学院首批尚思探索学者叶海峰教授与田进忠研究员，在国际知名学术期刊《Cell Reports Medicine》（中科院一区，影响因子10.6）以Review形式发表题为“Engineering smart bacteria for the next generation”的综述论文。该文系统总结了智能工程菌从基因线路设计到精准医学应用的发展脉络，深入分析了其技术逻辑与转化前景，为下一代活体治疗策略提供了清晰的发展框架。

文章首先回顾了合成基因电路在细菌系统中的构建策略，包括逻辑门设计、正负反馈调控回路、多信号整合模块以及环境响应开关等关键技术。通过模块化组装与多层级调控，工程菌能够对小分子、物理刺激（光、热）、肿瘤微环境、炎症因子或代谢异常信号进行精确识别，并在特定时空条件下启动治疗程序，实现“按需治疗”和“条件释放”（图1）。这种基于可编程生物系统的治疗模式，突破了传统药物持续暴露与被动分布的局限，显著提升了治疗的特异性与安全性。

图1 智能细菌工程化原理

在应用层面，综述不仅重点讨论了工程菌在疾病检测、疾病治疗中的潜在优势和前沿进展。作为可编程生物传感器，工程菌能够通过构建多输入逻辑基因电路，对炎症因子、代谢异常信号、肿瘤相关分子或微环境特征进行精准识别，并将复杂生物信号转化为可检测的输出信号，实现高灵敏度、低成本的疾病早期筛查与动态监测。与传统体外诊断技术相比，工程菌传感系统具有可持续响应、体内原位感知以及逻辑整合能力强等优势，为实时、精准的疾病监测提供了新的技术路径。在治疗方面，文章进一步分析了工程菌在肿瘤免疫调控中的应用前景。例如，通过构建能够识别肿瘤特异信号的多输入逻辑电路，工程菌可在肿瘤微环境中选择性表达免疫调节分子或细胞毒性因子，从而增强抗肿瘤效果并降低系统性毒副作用。同时，综述还总结了其在炎症性肠病、代谢性疾病以及微生态失衡相关疾病中的研究进展，展现了工程菌在“诊疗一体化”方向上的广阔应用空间。

在展望部分，作者系统分析了当前工程菌临床转化所面临的核心挑战，包括遗传稳定性验证、生物安全与生物遏制策略、批间一致性、可重复性以及符合GMP规范的规模化生产体系建设等问题。文章指出，未来需在分子设计优化、标准化生产流程与监管框架完善之间建立协同机制，推动工程菌疗法从实验室研究向规范化临床应用稳步过渡。

该综述的发表，标志着同济医院与华东师范大学在合成生物学与临床医学交叉领域的合作取得重要进展，也体现了多学科协同推动精准医学创新发展的战略布局。团队表示，将继续围绕智能生物系统构建与疾病精准干预开展深入研究，推动活体药物技术向更安全、更可控、更高效的方向发展，为重大疾病治疗提供新的解决方案。

同济大学附属同济医院乳腺外科中心蔡丰丰教授为最后通讯作者，博士后乔龙亮为第一作者及共同通讯作者。华东师范大学生命科学学院叶海峰教授和田进忠研究员为论文的共同通讯作者，此外华东师范大学生命科学学院2023级博士研究生王智浩和同济大学附属同济医院乳腺外科中心唐莎莎主治医师对综述撰写也提供了帮助。该研究受到了国家自然科学基金、博新计划、博士后面上基金、上海市科委合成生物学重大项目、“尚思系列学者”计划的资助。同济大学附属同济医院为论文的第一及通讯作者单位。

文章链接：

Qiao L, Wang Z, Tang S, Tian J, Ye H, Cai F. Engineering smart bacteria for the next generation. Cell Rep Med. 2026 Mar 17;7(3):102681. doi: 10.1016/j.xcrm.2026.102681.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41850245/。

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