综述：合成生物学方法在恢复肠道微生物平衡及疾病特异性微生物组治疗中的应用

这篇综述系统阐述了合成生物学（Synthetic Biology）与CRISPR基因编辑技术如何驱动人工微生物群落（AMCs）的精准设计，用于修复肠道菌群失调（Dysbiosis）并治疗IBD、糖尿病等慢性疾病。通过整合多组学（Multi-omics）和代谢建模，提出跨区域生态适配框架，为个性化医疗提供新范式。

　　

引言

人类肠道微生物组由10¹³–10¹⁴个微生物细胞构成，其失衡（Dysbiosis）与炎症性肠病、肥胖甚至神经退行性疾病密切相关。传统疗法如粪菌移植（FMT）因个体差异和生态不稳定性效果受限，而合成生物学催生的AMCs通过精准调控为疾病治疗开辟新路径。

微生物候选评估

筛选AMCs成员需超越单一代谢功能分析，需综合考量菌株的定植抗性、营养竞争及免疫调节能力。例如，产短链脂肪酸（SCFAs）的罗斯伯利亚菌（Roseburia）可增强肠道屏障，但其疗效受宿主饮食结构和地域微生物生态型影响。

重组工程技术的基因编辑突破

噬菌体重组工程（Recombineering）能高效插入大片段DNA，使工程菌实现代谢通路重构。如高氏团队利用该技术改造大肠杆菌（E. coli），使其稳定分泌抗炎分子白介素-10（IL-10），为IBD治疗提供新思路。

微生物群落的计算机模拟优化

基因组尺度代谢模型（GEMs）可预测菌群互作，如van der Ark团队通过动态通量平衡分析，设计出能协同降解肠道毒素的梭菌（Clostridium）与拟杆菌（Bacteroides）组合。

动态肠道模型揭示宿主-微生物互作

肠道芯片（Gut-on-a-chip）技术模拟了氧梯度与流体剪切力，揭示普雷沃菌（Prevotella）在低氧环境下通过代谢交叉喂养维持群落稳定的机制，为AMCs的生态适应性设计提供依据。

微流控系统推动高通量筛选

微流控培养克服传统方法的偏差，实现上千种菌株并行测试。例如，通过pH反馈调控的双歧杆菌（Bifidobacterium）与乳酸菌（Lactobacillus）共培养体系，显著提升产酸稳定性。

生态精准工程：跨区域适配性设计

AMCs需适配地域性饮食结构——亚洲高纤维饮食区需强化碳水化合物活性酶（CAZymes）模块，而西方高脂饮食区则需优化胆汁酸代谢通路。这种“生态模板”策略显著提升治疗可及性。

长效性挑战与解决方案

工程菌的定植时长是关键瓶颈。包埋缓释胶囊与群体感应（Quorum Sensing）调控系统的结合，可使AMCs在肠道滞留时间延长至72小时，如Van Hul团队设计的pH响应性菌胶微球。

结论

AMCs通过整合合成生物学与生态学原理，正从实验室走向临床。未来需在标准化生产、伦理监管及低成本转化方面持续突破，以实现全球范围内的精准微生物组治疗。