益生菌——在发酵食品、膳食补充剂和美容产品中食用或应用于身体时对健康有益的活微生物，包括Saccharomyces boulardii酵母菌。

大多数种类的酵母不能在哺乳动物的肠道中生存——温度和酸度都超出了它们的耐受范围。但是S.boulardii不仅在哺乳动物的肠道内快乐地生长，它还能抑制哺乳动物宿主的致病性肠道感染。

在合成生物学的一个新进展中，研究人员报告说，在S.boulardii中设计新的生物合成途径，使维生素前体(如β-胡萝卜素，维生素A的前体)和药物(如紫素，一种天然药物，具有抗菌、抗病毒、抗真菌、和抗肿瘤的特性)。

该研究的通讯作者、北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程助理教授Nathan Crook说:“对益生菌进行改造，使它们能够在需要的地方产生所需分子，这显然具有优势。你不仅仅是在传递药物或营养;你可以有效地在现场生产药物或营养物质。”

这篇论文发表在《ACS Synthetic Biology》杂志上。

作者测量了启动子、终止子和拷贝数控制元件等基因调控元件在蛋白质表达中的数量和波动，证明了CRISpR介导的基因组编辑在该菌株酵母中的效率高达95%。

Crook说:“当我们得知大多数酿酒酵母(面包酵母)工具在S.boulardii身上效果很好时，我们感到有点惊讶。说实话，我们松了一口气，因为尽管它们在基因上相似，但从治疗的角度来看，这两个物种之间的差异正是S.boulardii如此有趣的原因。”在建立工具包的可行性后，研究人员通过修改S. boulardii来生产β-胡萝卜素来测试其功能。

“一方面，β-胡萝卜素是橙色的，所以我们可以通过观察培养皿上的酵母菌落来判断我们做得有多好:它们确实改变了颜色，”Crook说。“从更长远的角度来看，我们知道β-胡萝卜素是主要的维生素A原类胡萝卜素，这意味着它可以被人体转化为维生素A。我们知道，维生素A缺乏在世界许多地区是一个主要的公共健康问题。所以，为什么不尝试开发一些可能有用的东西呢?”

研究人员报告说，S.boulardii在无菌小鼠体内形成稳定的菌落超过30天，与肠道内其他常驻微生物竞争空间，而在常规和接受抗生素治疗的小鼠中，S.boulardii只形成一到两天的菌落。

研究人员随后在小鼠模型中测试了改良的S.boulardii，发现酵母细胞成功地在小鼠肠道中合成了β-胡萝卜素。通过比较粪便中回收的额外β-胡萝卜素的总质量和初始益生菌剂量中存在的β-胡萝卜素，作者估计无菌小鼠在大约14天内产生194微克β-胡萝卜素。

这个概念验证的研究引发了更多的问题，比如小鼠吸收了多少β-胡萝卜素，产生了多少β-胡萝卜素，最重要的是，这个过程是否可以在人类身上复制。

“所有这些都是我们在未来的工作中必须解决的问题，”Crook说。“但我们很高兴看到会发生什么，我们也很高兴这些工具现在可以被研究领域的其他人公开使用。”