◎趙梓杉 本報記者 劉傳書

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

面對各種耐藥的細菌，常規方法顯得束手無策，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。

要實現這一目標面臨三大挑戰。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，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——CRISPR-Cas系統。當噬菌體侵染到含有這一系統的細菌時，噬菌體的基因組就會被“切割”。

正是基于CRISPR-Cas系統的原理，研究團隊開發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。接下來，研究團隊將含有針對不同噬菌體基因的CRISPR-Cas系統宿主菌混合在一起，并讓這些CRISPR-Cas系統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系統宿主菌內，并被該CRISPR-Cas系統宿主菌刪除一個基因。如果被該CRISPR-Cas系統宿主菌刪除的基因無足輕重，噬菌體就會在該CRISPR-Cas系統宿主菌內繼續繁殖，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系統宿主菌并被隨機刪除下一個基因。通過不斷重復這一自發進行的過程，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”。