Surface-modified bacteria: synthesis, functionalization and biomedical applications

表面修饰细菌的合成、功能化及生物医学应用

论文信息：Sisi Lin L, Feng W, Yifan Z, et al. Surface-modified bacteria: synthesis, functionalization and biomedical applications[J]. Chemical Society Reviews , 2023, 52(19): 6617-6643.

主讲人：蒋腾红,2025年7月06日

研究背景：

   细菌其表面具有丰富的分子结构：表面蛋白、糖蛋白和脂质层。这些结构使其能够与周围环境相互作用，表现出多种生物学特性：运动能力、黏附性、趋低氧性、免疫激活和代谢调控。主导着细菌与宿主之间的相互作用。

    细菌凭借遗传可操作性、快速增殖、有效的细菌定植和靶向性等优势，被开发为活体制剂，用于成像、诊断和治疗。但细菌性生物制剂向临床应用的成功转化仍面临重大挑战，主要源于：固有的环境敏感性、潜在毒性副作用以及在病灶部位积累不足等问题。因此，开发能够调控细菌生物学功能的修饰方法对解决这些难题至关重要。

   目前，合成生物学工程仍是最常用的细菌修饰策略，但存在以下问题：

1.可遗传修饰的细菌种类有限，且许多生物大分子（尤其是真核蛋白）难以通过细菌实现高效精准表达。

2.基因工程改造的细菌还存在通过水平基因转移导致基因污染的潜在风险。

与合成生物学工程相比化学修饰是一种灵活且多功能的策略，能够引入自然界中无法实现的功能结构，为构建功能化细菌生物制剂提供了可行的替代方案。除了整合特定功能基团外，多重化学修饰还可同时赋予细菌多种功能，或使其具备安全有效细菌生物制剂所需的特性。该文章阐述了基于细菌细胞不同表面结构的化学修饰方法，并重点介绍了通过修饰特定表面组分所赋予的独特功能，分析了修饰后细菌在生物医学应用（从生物成像、诊断到治疗）中的优势与局限性，并探讨了当前挑战与未来解决方案。

研究内容：

本文主要综述了表面修饰细菌的合成方法、功能化策略及其生物医学应用。

1.基于细菌表面结构介绍了化学修饰方法

2.重点阐述了通过修饰特定表面组分实现的多种先进功能

3.总结了表面化学修饰细菌在生物成像、诊断和治疗中的应用优势及局限性

4.讨论了当前挑战与未来可能的解决方案。为开发下一代生物医学细菌制剂的化学策略提供创新性设计思路。

总结与展望：

1.细菌因其功能多样性在生物医学领域潜力显著，但其表面致病性及免疫原性导致的毒性副作用严重制约临床转化。

2.细菌表面是介导生理活动及环境交互的核心，其理化特性为化学修饰提供基础。

3.表面修饰可调控细菌行为、改善固有特性并赋予新功能，拓展其在成像、诊断及疾病治疗中的应用优势。