近年来溶瘤病毒、
RNA
药物、基因疗法、细胞疗法等产品不断上市并且冲击着现有的医药格局，微生物疗法、噬菌体疗法等还未登上历史的舞台。
从传染性疾病到心脑血管、糖尿病再到癌症、神经退行性疾病，疾病谱在不断发生变化。只有将技术与医疗需求完美的结合起来才能创造出伟大的产品，而合成生物学在连接基础科学技术与应用需求中发挥了重要的作用，本文通过高血氨症这一个先驱性案例浅析微生物疗法的开发过程。
作者：罗训训
编辑：高元力
全文约2000字，阅读时间约为5分钟
新药研发流程
以小分子药物为例，新药的研发流程包括基础研究(basic research)、早期开发(early development)、后期开发(late development) 。
图1. 药物研发流程
基础研究包括靶点的发现（target identify，TID）、靶点验证（target validation，TV）、先导化合物的发现（lead identify，LI）、先导化合物的优化（lead optimization，LO）。
其中ID和TV主要由科研机构完成，TI和LO与随后的药物研发主要有药企和医院负责。
一二期临床中目标分子称为候选药物（drug candidate）。
一期临床试验目的是验证候选药物安全性，一期临床又可分为Ia和Ib，Ia通过单剂量递增（single ascending dose, SAD）得到最大耐受剂量（maximum tolerated dose, MTD），Ib通过多剂量递增（Multipleascending dose，MAD）来研究药物在人体内的代谢。
二期临床试验的目的是验证候选药物的有效性，可分为IIa和IIb。
IIa是通过先导研究测试药物的有效性，IIb是为了获得有效的最小药物剂量。
进入临床三期后该分子可被称为药物，三期是在更大人群范围内验证药物的安全性和有效性，三期临床后经政府批准后可进入市场进行销售。
新药研发研发周期长、风险高、投入大的特点在图1中很是直观。
而就微生物成药而言，需要特别注意以下三个方面：
Synlogic与高血氨症
Synlogic
是由合成生物学大咖James J. Collins 和Timothy K. Lu共同创办，通过设计智能化的活体药物来解决罕见病、代谢疾病、免疫疾病、验炎症和癌症的一家公司。
Synlogic最初
选择的适应症是高氨血症，后来他们将适应症扩大到了肝性脑病，目前肝性脑病的临床进度是最快的（图
2
）。
图2. Synlogic主要药物开发方向及临床进度
适应症介绍
高氨血症是一种罕见但严重，且有潜在致命性的遗传病。人体代谢氨基酸等会产生氨，氨主要被肝脏代谢成尿素，一部分尿素随尿液排出，另一部分经肝脏释放到肠道中，肠道微生物中的尿素酶又将尿素还原成氨，氨经肠道吸收重新进入血液，完成肝肠循环。正常情况下人体能够维持体内氨的平衡，但是如果尿素生成途径所需的酶与转运蛋白失活和肝脏损伤，则会打破这一平衡使血氨增加，血氨能够穿过血脑屏障进入大脑通过引起炎症反应、生成活性氧等机制损伤大脑。目前主要通过饮食和氨中和剂来治疗高血氨症，但是效果较差。
微生物药物设计
Synlogic
利用微生物将氨转变成对人体无害的、可以促进尿素生成的精氨酸。
图3.
SYNB1020
的设计概念图
为了提高精氨酸的合成产量并防止抑制反馈，
synlogic
敲除了
Nissle中
精氨酸合成的负调控基因并把精氨酸合成所需的
argA
换成了精氨酸不敏感的突变体。同时，他们将
argA置于
微氧启动子的控制下，使其在肠道微氧环境内能够正常表达。
同时出于安全性考虑，Synlogic选择了遗传信息清晰且遗传操作方便的大肠杆菌益生菌Nissel作为底盘。为了防止遗传改造的Nissel逃逸到环境中，Synlogic敲除了Nissel的thyA基因构建了胸苷缺陷型菌株，使其无法在体外生存。为了防止质粒丢失和基因水平转移
synlogic
