高效簡化方法讓噬菌體“更小更強大”

       抗生素曾一度是緻病菌的天敵。由于抗生素的濫用，細菌産生耐藥性的速度遠高于新抗生素研發(fā)的速度，導緻了“超級耐藥菌”的出現，堪稱細菌中的“小強”。

　　噬菌體是一種(zhǒng)病毒，這(zhè)種(zhǒng)病毒專門“感染”并殺死細菌。在發(fā)現伊始，噬菌體就(jiù)被用來對(duì)抗細菌感染。作爲“殺菌利器”，噬菌體隻要遇到宿主細菌就(jiù)會(huì)鑽進(jìn)其體内并進(jìn)行大量繁殖，從内部裂解細菌，釋放出成(chéng)百上千的下一代噬菌體，自此循環直到把所有的細菌斬盡殺絕。

　　此前，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術研究院馬迎飛團隊聯合醫院實現了深圳市首例應用噬菌體治療耐藥鮑曼不動杆菌肺部感染的臨床試驗，展示了噬菌體治療臨床超級耐藥菌的感染方面(miàn)具有極大的應用價值。那麼(me)，將(jiāng)噬菌體應用在臨床中會(huì)遇到哪些難題？

　　12月14日，馬迎飛團隊在國(guó)際學(xué)術期刊《核酸研究》上發(fā)表最新研究進(jìn)展，提出了一種(zhǒng)高通量制備底盤噬菌體的方法。該研究解決了在高通量删除噬菌體冗餘基因方面(miàn)的三大難題，爲噬菌體治療和噬菌體合成(chéng)生物學(xué)的研究提供巨大助力。

　　改善“殺菌利器”面(miàn)臨三大挑戰

　　過(guò)去，我國(guó)在抗生素上的使用占全球使用量的一半，這(zhè)使我國(guó)人民的身體健康受到超級細菌的威脅。如何對(duì)抗耐藥菌成(chéng)爲科學(xué)界面(miàn)臨的巨大難題，而噬菌體合成(chéng)生物研究爲解決這(zhè)一難題提供了新的思路和方法。

　　面(miàn)對(duì)超級耐藥菌，噬菌體治療是最有效的殺手锏之一。2014年，噬菌體療法被美國(guó)國(guó)家過(guò)敏與傳染病研究所列爲應對(duì)抗生素抗藥性的重要武器之一。

　　我們能(néng)否對(duì)這(zhè)樣的殺手锏進(jìn)行改進(jìn)，比如向(xiàng)噬菌體基因組内插入能(néng)夠爲其增加“殺傷力”的基因，讓噬菌體能(néng)夠更加勇往直前且大殺四方。

　　噬菌體通常具有較小的基因組，其中還(hái)有很多的“冗餘基因”，導緻基因組内沒(méi)有空餘的位置插入“基因武器”。同時(shí)，這(zhè)些“冗餘基因”有可能(néng)會(huì)編碼一些對(duì)人體有害的蛋白。對(duì)此，研究團隊設想，如果能(néng)將(jiāng)噬菌體基因組内的“冗餘基因”删除，得到一個精簡的安全的“底盤噬菌體”，同時(shí)獲得足夠的位置插入功能(néng)基因。

　　如何實現這(zhè)一目标，科研團隊面(miàn)臨三大挑戰：一是如何高通量快速地鑒定和删除噬菌體的“冗餘基因”；二是怎樣同時(shí)獲得具有更高殺菌效率的突變噬菌體；三是逐個删除這(zhè)些基因需要巨大的工作量。這(zhè)些挑戰都(dōu)使得研究團隊在獲取“底盤噬菌體”的路上異常艱難。

　　開(kāi)發(fā)叠代噬菌體基因組簡化系統

　　那麼(me)，馬迎飛團隊是如何解決這(zhè)三大難題的呢？

　　在細菌中，有一種(zhǒng)對(duì)抗噬菌體的防禦系統叫(jiào)做CRISPR-CAS系統，當噬菌體侵染到含有這(zhè)一系統的細菌時(shí)，噬菌體的基因組會(huì)被“切割”。對(duì)此，研究人員可以在細菌中通過(guò)人工合成(chéng)的方式設計一套CRISPR-CAS系統，當噬菌體基因組進(jìn)入含有這(zhè)一系統的細菌内部時(shí)，某個特定的基因將(jiāng)會(huì)被删除。

　　正是基于CRISPR的原理，馬迎飛團隊開(kāi)發(fā)了一種(zhǒng)自上而下的全基因組簡化方法，稱爲“基于CRISPR-Cas9的叠代噬菌體基因組簡化方法”（CRISPR/Cas9-based iterative phage genome reduction, CiPGr）。

　　團隊結合芯片合成(chéng)技術針對(duì)測試的噬菌體的不同基因構建了大量的CRISPR系統，接下來將(jiāng)含有針對(duì)不同噬菌體基因的CRISPR-CAS系統宿主菌混合在一起(qǐ)，并被噬菌體侵染。噬菌體會(huì)随機進(jìn)入到一個細菌内，被其删除一個基因。若被删除的基因無足輕重，那麼(me)噬菌體會(huì)在細菌内繼續繁殖，釋放出更多子代噬菌體，再進(jìn)入下一個細菌并被随機删除下一個基因。這(zhè)一過(guò)程自發(fā)進(jìn)行，不斷有更多的冗餘基因被删除，最終獲得精簡的、有活性的底盤噬菌體。

　　在CiPGr過(guò)程中，研究團隊隻需要獲得噬菌體基因組序列，就(jiù)能(néng)夠將(jiāng)該方法輕松推廣至其他野生型噬菌體。這(zhè)些精簡的噬菌體能(néng)夠整合更多的基因元件以增強噬菌體的功能(néng)，在噬菌體治療中具有巨大的應用潛力。

　　“該研究也提示，噬菌體基因組中必需、非必要和準必需基因的鑒定對(duì)于噬菌體基因組的重新設計和噬菌體生物學(xué)的研究具有重大意義。”馬迎飛說(shuō)。（文章來源：分析測試百科網）