本站讯（天津大学生命科学学院供稿）果蝇（Drosophila melanogaster）是奠定经典遗传学基础的重要模式生物之一，因其遗传背景清晰、生命周期短、易于培养和遗传操作而被广泛用于发育生物学、分子生物学、合成生物学研究，例如嗅觉与脑区功能关联研究、免疫Toll样受体研究、生物钟分子机制研究等。然而，口服递送药物或治疗物质的果蝇模型存在明显局限性，食物中的药物浓度可能与实际生理浓度存在差异，药物发挥作用的时间不可调控，限制了其作为药理研究、药物筛选的模式底盘应用范围。近日，天津大学生命科学学院王汉杰、刘夺及药学院汪以馼团队在《ACS Synthetic Biology》上发表了题为“Implementing Optogenetic-Controlled Bacterial Systems in Drosophila melanogaster for Alleviation of Heavy Metal Poisoning”的研究论文，利用光遗传工程化肠道细菌，在果蝇体内精准控制治疗蛋白的原位表达与递送，用于减轻重金属中毒。

图1利用光遗传工程菌在果蝇肠道表达治疗物质整体示意图

研究团队通过口服方式将工程化肠道细菌E. coli Nissle 1917导入果蝇肠道，验证了其能在果蝇肠道位置存活并表现出组成型表达的荧光蛋白活性。工程菌的口服对果蝇日常进食功能、存活率并无宏观影响，并于果蝇24小时进食后在肠道内维持稳定的菌群密度。

图2果蝇肠道中工程菌表达荧光蛋白的功能验证

随后，研究人员利用绿光照射果蝇，实现人工控制果蝇肠道中的工程菌群稳定、高效地表达目标蛋白，果蝇肠道照片清晰展示出目标绿色荧光蛋白GFP的表达与功能活性。并且，果蝇群体间并未呈现明显的细菌目标蛋白表达差异。此外，研究人员利用停照绿光与开启红光照射结合的模式，可以有效关停目标蛋白表达，实现果蝇肠道中工程化治疗蛋白的时间分辨表达递送。

图3果蝇肠道中光控GFP蛋白表达开启、积累与表达关闭的功能验证

通过这一光控工程菌表达蛋白系统，果蝇肠道中的工程菌可在绿光控制下表达并分泌金属硫蛋白（MtnB），结合并解毒果蝇肠道内的铅污染，降低游离铅离子含量，显著减轻铅暴露果蝇肠道中的氧化应激反应。这一开创性的研究为利用光遗传学控制工程菌在果蝇模型中的生物医学应用奠定了坚实的基础，展现了光遗传技术在复杂生理环境中的广泛潜力。

图4利用光遗传工程菌解毒果蝇肠道内铅污染的实验验证

天津大学生命科学学院王珺仪、药物科学与技术学院李影为本文的共同第一作者。天津大学生命科学学院王汉杰教授、刘夺副研究员，药物科学与技术学院汪以馼副教授为本文的共同通讯作者。该研究获得国家重点研发计划“合成生物学”专项、国家自然科学基金优秀青年科学基金、天津市杰出青年科学基金等项目的资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.4c00409

（编辑 焦德芳 王淑敏）