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當前通訊!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


(相關資料圖)

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

近日,中科院深圳先進院馬迎飛團隊在國際期刊《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,能否改進噬菌體這一殺手锏,向其基因組中插入各種能夠為其增加“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”,導致基因組內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,研究團隊設想通過某種方法將噬菌體基因組內的“冗余基因”刪除,從而得到一個精簡、有活性的“底盤噬菌體”,進而獲得足夠的基因組位置插入功能基因。

要實現(xiàn)這一目標面臨三大挑戰(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,應該如何應對上述的三大挑戰(zhàn),將噬菌體改造成更強大的殺菌利器呢?在許多細菌中,有一種對抗噬菌體的防御系統(tǒng)——CRISPR-Cas系統(tǒng)。當噬菌體侵染到含有這一系統(tǒng)的細菌時,噬菌體的基因組就會被“切割”。

正是基于CRISPR-Cas系統(tǒng)的原理,研究團隊開發(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”。

研究團隊首先綜合利用多種技術,針對測試的噬菌體的不同基因構建了大量的CRISPR-Cas系統(tǒng)。接下來,研究團隊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,噬菌體會隨機進入到一個CRISPR-Cas系統(tǒng)宿主菌內,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)宿主菌內繼續(xù)繁殖,并釋放出更多子代噬菌體。這些新產生的子代噬菌體將進入下一個CRISPR-Cas系統(tǒng)宿主菌并被隨機刪除下一個基因。通過不斷重復這一自發(fā)進行的過程,不斷有更多噬菌體的冗余基因被刪除,最終研究團隊獲得了精簡、有活性的“底盤噬菌體”。

關鍵詞: 科研人員

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