駭入細菌來對抗癌症

1884 年，有一位運氣很差的病人，本來脖子的腫瘤就在快速成長，他還得到了不相關的細菌性皮膚感染。當他從感染中復元時，很意外的是，癌症也開始消退。感染刺激了病人的免疫系統。現今，合成生物學家會做細菌編程，將藥物直接送達腫瘤所在。這怎麼可能？讓塔爾·丹尼諾來說明。

完整課程連結：https://ed.ted.com/lessons/hacking-bacteria-to-fight-cancer-tal-danino
課程設計：塔爾·丹尼諾
導演：克里斯·畢夏普

1884 年，有一位病人的運氣
似乎從很差變成更差了。

這位病人的脖子上
長了個快速成長的腫瘤，

接著，又染上了不相關的
細菌性皮膚感染。

但，很快的，未預期的事發生了：

當他從感染中復元時，
癌症也開始減緩。

醫生威廉科萊在七年後
追蹤這位病人，

發現已經沒剩下任何
可見的癌症徵象。

科萊相信這位病人身上
發生了很不凡的事：

細菌感染刺激了病人的免疫系統，

將癌症擊退。

科萊幸運的發現讓他成為先驅，

倡導刻意注射細菌以成功治療癌症。

一百多年後，合成生物學家
發現了更好的方式

來使用這些以前
無法想像的盟友——

透過編程，讓細菌將藥物
安全地送到腫瘤所在處。

癌症的成因，是因為
細胞的正常功能受到改變，

導致它們快速增加，
形成叫做「腫瘤」的贅生物。

放射線治療、化療、
免疫療法等治療方法

都是在嘗試殺死惡性細胞，
但可能會影響整個身體，

在過程中破壞了健康的組織。

然而，有些細菌，像大腸桿菌，

具有獨特的優勢，它們能夠
選擇性地在腫瘤中生長。

事實上，腫瘤的核心
反而是個理想的環境，

讓大腸桿菌能夠避開
免疫細胞，安全增長。

細菌可以被重新編程，

讓它們不會造成感染，
且能夠攜帶抗癌藥物，

扮演特洛伊木馬，從腫瘤內部進攻。

透過細菌編程讓細菌
做出新穎的感覺和反應，

這個點子是合成生物學
領域的主要焦點之一。

但要怎麼做細菌編程呢？

關鍵在於操控細菌的 DNA。

將特定的基因序列插入到細菌中，

細菌就能接受指示，
合成不同的分子，

包括能夠打斷癌症生長的分子。

在生物電路的協助之下，

也可以讓細菌做出
非常明確的特定行為。

生物電路可以根據存在、
不存在，或某些因子的組合，

來做不同的行為編程。

比如，腫瘤的含氧量
及 pH 值都很低，

且會過度生產特定的分子。

合成生物學家可透過編程，
讓細菌感測到那些條件，

因此就能夠針對腫瘤
做出反應，避開健康組織。

有一種生物電路

叫做同步裂解電路（SLC），

不僅能讓細菌去遞送藥物，
還能依時間表排程遞送。

首先，為了避免傷害到健康組織，

在細菌生長時才開始
製造抗癌藥物，

因為細菌生長只會
在腫瘤內部發生。

接著，在細菌製造了藥物之後，

當細菌的數量到達臨界值時，

緊急停止開關會造成細菌爆裂。

爆裂後釋出藥物也減少細菌的數量。

然而有一定比例的細菌仍然活著，

可以讓菌落繼續成長。

最終，細菌的數量又大到
會再次觸發緊急停止開關，

不斷重覆循環。

這種電路可做精確調整，

依據最適合用來對抗癌症的
固定排程來遞送藥物。

在用老鼠的科學試驗中，
已經證明這個方法很有希望。

科學家不僅能夠成功

透過注入細菌的方式消除淋巴瘤，

同時也能刺激免疫系統，

指導免疫細胞去辨視並攻擊
在老鼠體內其他地方

沒有被治療到的淋巴瘤。

和許多其他治療方法不同，
細菌不會針對特定的癌症類型，

而是去找所有實質固態瘤
共同的一般性特徵。

可編程的細菌也不限用在對抗癌症，

還可以被當作精密的感測器，

監視未來疾病的所在。

安全的益生菌或許能在
我們的腸道中休眠，

在那裡，它們可以偵測、
預防、治療疾病，

讓它們沒機會造成任何症狀。

科技的進步讓大家
很興奮地預期在未來

由機械奈米機器人
遞送個人化的藥物。

但，因為有數十億年的演化，

我們可能已經在
未預期的細菌生物形式中

找到了一個起始點。

再把合成生物學也加進來，

天知道不久後還會出現
什麼新的可能性。