焦点热讯:去掉“冗余基因”插入“基因武器” 科研人员开发高效简化方法改造噬菌体

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◎赵梓杉 本报记者 刘传书

噬菌体是专门“感染”并杀死细菌的病毒。只要遇到宿主细菌，噬菌体就会钻进其体内并进行大量繁殖。噬菌体能从内部裂解细菌，并释放出成百上千的下一代噬菌体，直至把细菌全部消灭。

近日，中科院深圳先进院马迎飞团队在国际期刊《核酸研究》上发表研究成果，提出了一种高通量制备“底盘噬菌体”的方法。该研究解决了在高通量删除噬菌体冗余基因方面的三大难题，为噬菌体治疗和噬菌体合成生物学的研究提供了巨大的助力。

改造“杀菌利器”面临三大挑战

面对各种耐药的细菌，常规方法显得束手无策，而噬菌体则显得游刃有余。那么，能否改进噬菌体这一杀手锏，向其基因组中插入各种能够为其增加“杀伤力”的基因呢？

噬菌体通常具有较小的基因组，其中还有很多的“冗余基因”，导致基因组内没有空余的位置插入“基因武器”。同时，这些“冗余基因”还有可能包含一些对人体有害的蛋白。因此，研究团队设想通过某种方法将噬菌体基因组内的“冗余基因”删除，从而得到一个精简、有活性的“底盘噬菌体”，进而获得足够的基因组位置插入功能基因。

要实现这一目标面临三大挑战。一是如何快速地鉴定和删除噬菌体的“冗余基因”；二是怎样在快速地鉴定和删除噬菌体的“冗余基因”的基础上，获得具有更高杀菌效率的突变噬菌体；三是逐个删除噬菌体的“冗余基因”过程繁琐，工作量巨大。

开发迭代噬菌体基因组简化方法

那么，应该如何应对上述的三大挑战，将噬菌体改造成更强大的杀菌利器呢？在许多细菌中，有一种对抗噬菌体的防御系统——CRISPR-Cas系统。当噬菌体侵染到含有这一系统的细菌时，噬菌体的基因组就会被“切割”。

正是基于CRISPR-Cas系统的原理，研究团队开发了一种自上而下的全基因组简化方法——“基于CRISPR-Cas9的迭代噬菌体基因组简化方法”。

研究团队首先综合利用多种技术，针对测试的噬菌体的不同基因构建了大量的CRISPR-Cas系统。接下来，研究团队将含有针对不同噬菌体基因的CRISPR-Cas系统宿主菌混合在一起，并让这些CRISPR-Cas系统宿主菌被噬菌体侵染。在侵染过程中，噬菌体会随机进入到一个CRISPR-Cas系统宿主菌内，并被该CRISPR-Cas系统宿主菌删除一个基因。如果被该CRISPR-Cas系统宿主菌删除的基因无足轻重，噬菌体就会在该CRISPR-Cas系统宿主菌内继续繁殖，并释放出更多子代噬菌体。这些新产生的子代噬菌体将进入下一个CRISPR-Cas系统宿主菌并被随机删除下一个基因。通过不断重复这一自发进行的过程，不断有更多噬菌体的冗余基因被删除，最终研究团队获得了精简、有活性的“底盘噬菌体”。

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