近年来,非洲猪瘟病毒、甲型H1N1流感病毒以及目前威胁全球的新型冠状病毒等一系列高致病性高传染性的突发病毒,大面积传播,已造成严重的人员伤亡和社会负担。另外,一些潜伏于机体反复感染的乙肝病毒、疱疹病毒等,也持续危害人类健康。病毒根据其遗传物质的化学组成,可分为DNA病毒和RNA病毒两种类型。临床上现行的病毒检测手段和治疗方案,均因外部因素的限制,如准确性、安全性评估时间较长等,而无法实现病毒的快速检测和即时清除。因此,如何实现病毒的早期检测和早期清除,是现阶段面临的巨大挑战和亟待解决的重要科学问题。合成生物学以工程学思想为基础,设计构建功能元件、模块、系统,进而对细胞进行定向设计、改造、重编程,使其按设计需要处理信息和行使功能。设计、构建的基因线路导入细胞后,可以精确调控细胞的行为,包括可控的转基因表达、基因编辑、药物精准控制释放等。从而实现精准可控的基因治疗和细胞治疗。本研究中,我们利用合成生物学的设计思路,聚焦DNA病毒引发的传染病,选取单纯疱疹病毒1型（HSV-1）作为模式病毒,设计、构建集病毒检测和清除为一体的智能化抗DNA病毒免疫细胞,从而实现病毒的快速检测和即时清除,为有效遏制病毒传播提供新型的诊治和防控策略。首先,我们在合成生物学思想指导下,对STING介导的响应HSV-1的固有免疫信号通路进行人工改造、重编程,设计、构建、优化HSV-1调控的基因线路,并上载至底盘细胞HEK-293中,从而获得智能病毒传感器（Alice 1.0）。Alice1.0展示出良好的病毒浓度的依赖性,病毒孵育时间的依赖性,可逆性以及在不同细胞系中的广谱性等动力学特征。当把Alice 1.0的输出信号替换为可视化的EGFP时,其响应HSV-1的诱导强度高达412.3倍。因此,Alice 1.0有望用于大规模、可视化、自动化的病毒检测。CRISPR/Cas9基因编辑技术可用于定点敲除病毒特定基因来达到清除病毒的目的。但是,持续性高表达Cas9蛋白会导致脱靶风险、细胞负担增加等副作用。这些不利因素限制了CRISPR/Cas9技术在病毒性传染病中的实际应用。中和抗体也常被用于抗病毒感染的治疗,其中高特异性的单链抗体因分子量小、结构简单、体内半衰期短等不稳定因素,限制了其在临床治疗中的效果。因此,我们在Alice 1.0的基础上,构建智能化抗DNA病毒免疫细胞1.1（Alice 1.1）,实现病毒诱导调控Cas9蛋白表达输出;构建智能化抗DNA病毒免疫细胞1.2（Alice1.2）,实现病毒诱导调控特异靶向HSV-1的单链抗体E317Ab的表达输出;以及构建具备Cas9和E317Ab双重输出功能的智能化抗DNA病毒免疫细胞1.3（Alice1.3）。其中,Alice 1.3能够响应HSV-1的诱导调控,在病毒复制和病毒入侵,两个不同层面同步抑制病毒。细胞水平实验表明:Alice 1.1/1.2/1.3均显示出对HSV-1的灵敏性,并具有良好的病毒抑制效果。体外模拟HSV-1局部感染和全身性感染的两种细胞模型时,Alice 1.3展现出了最佳的、长达一周的抗病毒效果,以及显著优于临床抗HSV-1药物阿昔洛韦（ACV）低剂量用药的抗病毒效果,同时能达到与ACV高剂量用药一致的抗病毒效果。Alice 1.3不仅能降低临床单一靶点用药造成耐药病毒株出现的风险,也能避免高剂量用药引发肾功能衰竭等副作用。因此,Alice 1.3实现了高效、精准的病毒诊治一体化的目标。为了研究智能化抗DNA病毒免疫细胞Alice 1.3在小鼠体内自动响应和自动清除HSV-1的效果,我们制备了HSV-1局部感染小鼠模型,并将Alice 1.3通过细胞移植载体Hystem水凝胶包裹,移植到小鼠腹腔。分别从m RNA水平评估小鼠肝脏、脾脏、肾脏中的病毒载量,蛋白水平检测已植入小鼠体内的Alice 1.3中Cas9蛋白的表达量,以及小鼠血清中检测E317Ab和炎症因子IL-6的表达水平。多角度的实验数据表明Alice 1.3可以快速响应HSV-1的入侵感染,并展现出高效的体内抗病毒效果。最后,为了进一步研究智能化抗DNA病毒免疫细胞在小鼠体内的抗病毒效果,我们制备了HSV-1全身性感染小鼠模型,将Alice 1.1/1.2/1.3分别通过Hystem水凝胶包裹移植至小鼠腹腔。同样,分别从m RNA水平和活病毒粒子水平检测小鼠肝脏、脾脏、肾脏中的病毒载量,蛋白水平检测已植入小鼠体内的智能化抗DNA病毒免疫细胞中Cas9蛋白的表达量,以及小鼠血清中检测E317Ab的实时动态表达情况。我们的实验数据进一步证明了Alice 1.1/1.2/1.3具有良好的抗病毒效果,尤其是Alice 1.3展现出了最佳的抗病毒效果。研究发现,在HSV-1全身性感染小鼠模型中,随着病毒感染时间的延长,小鼠腹腔和血液循环系统中的游离病毒大量增殖,此时HSV-1诱导的分泌型单链抗体E317Ab逐渐开始作为抗病毒的主力,特异靶向结合游离病毒,抑制病毒入侵细胞,从而发挥主要的抗病毒功能。综上所述,利用合成生物学的理念,我们开发了一套自动响应病毒入侵、并同步启动抗病毒功能蛋白表达的智能化抗DNA病毒免疫细胞。该人工定制细胞可作为自动化闭环式的病毒诊疗系统,用于病毒的快速检测和即时清除。该概念性验证研究为将来防控病毒爆发和传播提供了新思路和新方法,有望用于对抗未来全球性传染病疫潮。