实验室的另一位博士后研究员,深入参与这项工作的Marcelo Torres解释道,“我们的传感器甚至可以检测到100个细胞中的细菌。通常需要1万或10万个细菌细胞才能视为感染,我们可以及早发现感染并可以检测细菌随着时间变化所发生的增长。”
De la Fuente的长期目标之一是创建人造抗生素,该实验室已经取得了很大的进展。凭借人工智能,计算机可以知道哪些自然分子能够成功对抗细菌,然后根据这些数据生成新的人造分子(如上图所示)。研究人员可以将它们打印出来并用于真正细菌的测试
一旦传感器注意到感染蔓延,它就会通过基于手机的应用程序通知用户。只需按一下按钮,用户就可以发送电信号以启动治疗,即预先装在绷带上,名为肽的微小蛋白质细菌特异性氨基酸链。Torres表示,“这些细菌产生的分子,如果将电流引入系统,它们会经历电化学过程,这是众所周知的。我们要做的就是找到每个分子的正确模式,正确的电化学结构。”
研究团队已经找出了哪些肽可以成功地针对引起感染的特定病原体,并创建了拥有电极的应用程序的测试样本。
Melo指出,“我们所进行的每一步都有概念证明。”
Torres补充道,“现在要做的就是将其合成。”
一旦合成,该系统发现感染的速度将比今天快得多。通常,擦拭伤口后需要数小时或数天才能恢复,但这些读数仅需要几秒钟。De la Fuente表示,未来版本的生物传感器可能会以药丸的形式被吸收,这些药丸可以检测出肠道中的某些细菌,并进行治疗。
合理使用益生菌
读取肠道内的信息并释放药物的想法已经在另一个专注于益生菌工程的项目中发挥作用,在酸奶等食品中发现了“好”的细菌。
这正是博士后研究员Esther Broset的兴趣所在,她表示研究目的不是杀死有益的微生物细菌群,而是针对可能会使我们生病的肠道内微生物。Broset指出,“如果我们杀死微生物群中的危险细菌会发生什么?我们将在益生菌中表达这种细菌。”
在实验室计算机生成抗生素研究中,研究人员使用相同的机器学习来缩小分子范围,从而找到适合于益生菌使用的蛋白质,这是至关重要的,因为某些肽对益生菌而言是有毒的。
Broset解释道,“研究人员在我们的胃里面发现一种针对病原体的肽,会引起溃疡。”她可以一点点地将这种蛋白质编码到特定细菌的DNA中去,让这些细菌产生有益的益生菌。她补充道,“你可以编码任何你想要的分子,包括它们的表达式、数量、高或低。”在合适的情况下,肠道中的益生菌会产生这种肽并分泌出来以对抗病原体。
De la Fuente表示,目前最有应用前景的是沙门氏菌,“从理论上讲,你可以喝酸奶,酸奶将通过体内到达结肠、肠道,而益生菌将在肠道内繁殖并治疗沙门氏菌感染。”最终,如果该概念被证明是成功的,那么益生菌的导管可以是一种主动服用的药丸,当它检测到危险的细菌时会释放出合适的肽。
归根到底,所有研究项目的目标是创建de la Fuente所描述的开发闭环,从计算机设计、机器学习,打印、合成到筛选生物制品的一切都将自动进行并循环回电脑。de la Fuente阐述道,“对分子开发和创建新药物而言,它将成为一套非常有用的工具。”
他还承诺要创建一个多元化实验室,实验室成员通常取自这些领域中代表性不足的群体,他们来自不同的地方,拥有不同的科学背景。他表示,“实验室的宗旨是欢迎来自世界各地的人才,让这些人成为未来的领导者。”这些科学家的组合将使实验室突破分子测序的界限。