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當(dāng)前通訊！科研人員開發(fā)高效簡化方法改造噬菌體
發(fā)布時間：2022-12-27 08:35:49 文章來源：科技日報
科研人員開發(fā)高效簡化方法改造噬菌體


(相關(guān)資料圖)

噬菌體是專門“感染”并殺死細(xì)菌的病毒。只要遇到宿主細(xì)菌，噬菌體就會鉆進(jìn)其體內(nèi)并進(jìn)行大量繁殖。噬菌體能從內(nèi)部裂解細(xì)菌，并釋放出成百上千的下一代噬菌體，直至把細(xì)菌全部消滅。

近日，中科院深圳先進(jìn)院馬迎飛團(tuán)隊(duì)在國際期刊《核酸研究》上發(fā)表研究成果，提出了一種高通量制備“底盤噬菌體”的方法。該研究解決了在高通量刪除噬菌體冗余基因方面的三大難題，為噬菌體治療和噬菌體合成生物學(xué)的研究提供了巨大的助力。

改造“殺菌利器”面臨三大挑戰(zhàn)

面對各種耐藥的細(xì)菌，常規(guī)方法顯得束手無策，而噬菌體則顯得游刃有余。那么，能否改進(jìn)噬菌體這一殺手锏，向其基因組中插入各種能夠?yàn)槠湓黾?ldquo;殺傷力”的基因呢？

噬菌體通常具有較小的基因組，其中還有很多的“冗余基因”，導(dǎo)致基因組內(nèi)沒有空余的位置插入“基因武器”。同時，這些“冗余基因”還有可能包含一些對人體有害的蛋白。因此，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)想通過某種方法將噬菌體基因組內(nèi)的“冗余基因”刪除，從而得到一個精簡、有活性的“底盤噬菌體”，進(jìn)而獲得足夠的基因組位置插入功能基因。

要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)面臨三大挑戰(zhàn)。一是如何快速地鑒定和刪除噬菌體的“冗余基因”；二是怎樣在快速地鑒定和刪除噬菌體的“冗余基因”的基礎(chǔ)上，獲得具有更高殺菌效率的突變噬菌體；三是逐個刪除噬菌體的“冗余基因”過程繁瑣，工作量巨大。

開發(fā)迭代噬菌體基因組簡化方法

那么，應(yīng)該如何應(yīng)對上述的三大挑戰(zhàn)，將噬菌體改造成更強(qiáng)大的殺菌利器呢？在許多細(xì)菌中，有一種對抗噬菌體的防御系統(tǒng)——CRISPR-Cas系統(tǒng)。當(dāng)噬菌體侵染到含有這一系統(tǒng)的細(xì)菌時，噬菌體的基因組就會被“切割”。

正是基于CRISPR-Cas系統(tǒng)的原理，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種自上而下的全基因組簡化方法——“基于CRISPR-Cas9的迭代噬菌體基因組簡化方法”。

研究團(tuán)隊(duì)首先綜合利用多種技術(shù)，針對測試的噬菌體的不同基因構(gòu)建了大量的CRISPR-Cas系統(tǒng)。接下來，研究團(tuán)隊(duì)將含有針對不同噬菌體基因的CRISPR-Cas系統(tǒng)宿主菌混合在一起，并讓這些CRISPR-Cas系統(tǒng)宿主菌被噬菌體侵染。在侵染過程中，噬菌體會隨機(jī)進(jìn)入到一個CRISPR-Cas系統(tǒng)宿主菌內(nèi)，并被該CRISPR-Cas系統(tǒng)宿主菌刪除一個基因。如果被該CRISPR-Cas系統(tǒng)宿主菌刪除的基因無足輕重，噬菌體就會在該CRISPR-Cas系統(tǒng)宿主菌內(nèi)繼續(xù)繁殖，并釋放出更多子代噬菌體。這些新產(chǎn)生的子代噬菌體將進(jìn)入下一個CRISPR-Cas系統(tǒng)宿主菌并被隨機(jī)刪除下一個基因。通過不斷重復(fù)這一自發(fā)進(jìn)行的過程，不斷有更多噬菌體的冗余基因被刪除，最終研究團(tuán)隊(duì)獲得了精簡、有活性的“底盤噬菌體”。

關(guān)鍵詞： 科研人員

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