ETH研究人員開發(fā)了一種技術(shù)平臺(tái)，使他們能夠系統(tǒng)地修改和定制噬菌體。該技術(shù)是使噬菌體療法成為對(duì)抗危險(xiǎn)病原體的有力工具的一步。

噬菌體，非正式地稱為噬菌體，是可以攻擊和殺死特定細(xì)菌的病毒。它們出現(xiàn)在自然界的各個(gè)角落。正是因?yàn)樗鼈冎慌c一種特定類型的細(xì)菌相匹配，研究人員和醫(yī)務(wù)人員希望噬菌體能夠被設(shè)計(jì)用于對(duì)抗某些細(xì)菌感染。例如，食品工業(yè)已經(jīng)使用這些噬菌體通過自然方法破壞食品中的病原體。

然而，基因工程噬菌體為特定應(yīng)用定制它們?nèi)匀皇且粋€(gè)非常具有挑戰(zhàn)性和耗時(shí)的過程。修飾噬菌體以對(duì)抗革蘭氏陽性細(xì)菌如葡萄球菌特別困難。迄今為止，將合成噬菌體基因組整合到革蘭氏陽性細(xì)菌中是非常成問題的，因?yàn)樗鼈兊募?xì)胞壁很厚。

定制設(shè)計(jì)噬菌體

然而，在使用噬菌體的過程中，一個(gè)新的時(shí)代正在曙光中，由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院食品微生物學(xué)教授Martin Loessner領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組剛剛在PNAS期刊上發(fā)表了一篇新技術(shù)平臺(tái)。這使得科學(xué)家能夠系統(tǒng)地遺傳修飾噬菌體基因組，為它們提供額外的功能，并最終在細(xì)菌“替代物” - 細(xì)胞壁缺陷的李斯特菌細(xì)胞或L-形式中重新激活它們。

新的噬菌體工作臺(tái)可以非?？焖俚貏?chuàng)建這種病毒，“工具箱”非常模塊化：它允許科學(xué)家創(chuàng)建幾乎任何用于不同目的的噬菌體，具有多種功能。

“以前幾乎不可能修改噬菌體的基因組，”Loessner說。最重要的是，這些方法效率很低。例如，基因僅在噬菌體的一小部分中整合到現(xiàn)有基因組中。因此，分離修飾的噬菌體通常就像在大海撈針中尋找針。

“過去我們必須篩選數(shù)百萬噬菌體并選擇那些具有所需特征的噬菌體?，F(xiàn)在我們能夠從頭開始制造這些病毒，在合理的時(shí)間內(nèi)對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，并在必要時(shí)再次修改它們，”Loessner強(qiáng)調(diào)。

規(guī)劃計(jì)算機(jī)上的噬菌體

分子病毒學(xué)專家Samuel Kilcher在這一突破中發(fā)揮了關(guān)鍵作用：他利用合成生物學(xué)方法在繪圖板上計(jì)劃噬菌體的基因組，并將其從DNA片段組裝到試管中。同時(shí)，新的額外功能被整合到噬菌體基因組中，例如溶解細(xì)菌細(xì)胞壁的酶。此外，Kilcher能夠去除產(chǎn)生噬菌體不需要的特性的基因，例如整合到細(xì)菌基因組中或產(chǎn)生細(xì)胞毒素。

為了從合成DNA重新激活噬菌體，將基因組引入球形，細(xì)胞壁缺陷但存活形式的李斯特菌屬細(xì)菌(L-型李斯特菌)?；谶z傳藍(lán)圖，這些細(xì)菌細(xì)胞然后產(chǎn)生所需噬菌體的所有組分并確保正確組裝病毒顆粒。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，球形李斯特菌細(xì)胞不僅能夠產(chǎn)生自己的特異性噬菌體，還能夠攻擊其他細(xì)菌。通常，主機(jī)僅生成自己的特定病毒。因此，L型李斯特菌適合作為噬菌體的幾乎通用的培養(yǎng)箱。

如果然后使李斯特菌細(xì)胞達(dá)到它們破裂(裂解)的程度，則釋放噬菌體并且可以將其分離并繁殖以用于治療或診斷。

只有毒性噬菌體才適合

“使用有效的合成噬菌體的一個(gè)關(guān)鍵先決條件是它們的基因組無法整合到宿主的基因組中，”Kilcher強(qiáng)調(diào)說。如果發(fā)生這種情況，病毒不再對(duì)細(xì)菌構(gòu)成威脅。然而，使用這種新方法，科學(xué)家能夠簡(jiǎn)單地重編程這種整合噬菌體，使它們?cè)俅纬蔀榭咕鷳?yīng)用的有趣之處。

這兩位研究人員并不特別擔(dān)心對(duì)噬菌體的潛在抗性。即使有任何例如由于細(xì)菌改變其表面結(jié)構(gòu)以防止病毒附著，該新技術(shù)使得開發(fā)合適的噬菌體成為可能，細(xì)菌尚未對(duì)其產(chǎn)生抗性。

研究人員還認(rèn)為，意外釋放的危險(xiǎn)非常?。阂?yàn)槭删w - 無論是天然的還是合成的 - 都是非常特定宿主的，如果沒有寄主，它們就無法存活很長(zhǎng)時(shí)間。這種高特異性還可以防止噬菌體轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌乃拗骷?xì)菌。“適應(yīng)不同主機(jī)的表面結(jié)構(gòu)將需要很長(zhǎng)時(shí)間，”Loessner說。

接近實(shí)際應(yīng)用

借助這項(xiàng)新技術(shù)，Loessner的團(tuán)隊(duì)在將合成噬菌體應(yīng)用于治療，診斷或食品行業(yè)方面取得了巨大進(jìn)步。因此，科學(xué)家們?cè)O(shè)法克服與使用天然噬菌體相關(guān)的限制。“我們的工具箱可以幫助開發(fā)噬菌體的潛力，”Loessner說。研究人員申請(qǐng)了他們的技術(shù)專利?，F(xiàn)在，他們希望找到許可證持有者來生產(chǎn)用于治療和診斷的噬菌體。