消滅細(xì)菌，抗生素早已不是唯一解，甚至還帶來全球公共衛(wèi)生問題。而在大自然中廣泛存在的噬菌體，可謂細(xì)菌的“天然獵手”。近日，深圳華大生命科學(xué)研究院主導(dǎo)開發(fā)的“一鍋法”噬菌體基因組工程平臺(tái)，突破了基因組的合成和激活兩大關(guān)鍵技術(shù)，并大大簡化了步驟、提高了效率、降低了成本，為改造和合成噬菌體鋪平道路。

相關(guān)成果于5月23日發(fā)表于《細(xì)胞》子刊。

噬菌體：強(qiáng)大的“細(xì)菌獵手”

目前，抗生素濫用導(dǎo)致的耐藥性成為了一個(gè)嚴(yán)重的全球性問題，細(xì)菌通過與藥物的不斷抗?fàn)幵鰪?qiáng)了抗藥性，越來越多對(duì)藥物“刀槍不入”的超級(jí)細(xì)菌隨之產(chǎn)生。

現(xiàn)在，應(yīng)對(duì)抗生素耐藥性泛濫、抗擊耐藥菌感染有了一個(gè)更有針對(duì)性的方案——噬菌體療法。

噬菌體長得有點(diǎn)科幻，形似微型機(jī)器人，它廣泛存在于我們所處的環(huán)境和身體中，能夠殺滅細(xì)菌這種原核生物，卻不會(huì)侵襲真核生物，是天然的“細(xì)菌獵手”。

據(jù)介紹，噬菌體療法具有特異性強(qiáng)、種類豐富、副作用少等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。早在20世紀(jì)初，它就被法國醫(yī)生德赫雷爾發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用于臨床治療痢疾和霍亂。如今，東歐噬菌體療法應(yīng)用仍十分普遍，美國、澳大利亞、法國、比利時(shí)也已將噬菌體應(yīng)用于臨床治療，我國以上海市公共衛(wèi)生臨床中心和深圳市第三人民醫(yī)院為代表也已成功利用噬菌體治愈患者。

神奇的工程：噬菌體“烹飪”技術(shù)

在噬菌體療法發(fā)展的過程中，為讓治療更有針對(duì)性，人們也開始通過合成生物學(xué)，對(duì)天然噬菌體進(jìn)行編輯。此次研發(fā)的“一鍋法”平臺(tái)就是如此。

據(jù)悉，華大研究院、中科院深圳先進(jìn)院、中南大學(xué)湘雅醫(yī)院、深圳市第三人民醫(yī)院團(tuán)隊(duì)參與研究，創(chuàng)新性地利用模式菌株為跳板，將重組、篩選、激活多個(gè)步驟集中為一體，可一次實(shí)現(xiàn)基因組長達(dá)156 Kb的噬菌體構(gòu)建，大大降低了噬菌體基因組工程的門檻和難度、提高了效率和通量，同時(shí)降低實(shí)驗(yàn)成本與安全風(fēng)險(xiǎn)，為改造和合成噬菌體提供了便利。

在具體技術(shù)上，華大相關(guān)負(fù)責(zé)人以“用鍋?zhàn)霾?rdquo;來比喻。

在該平臺(tái)中，跳板宿主扮演了“鍋”的角色，并自帶激活系統(tǒng);噬菌體基因組的DNA片段是“菜”的原料;而基因編輯等技術(shù)則是做“菜”的“炊具”。

在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家們開發(fā)了兩種“烹飪”方式，分別為“從頭合成”和“局部編輯”。通過“從頭合成”來烹飪，借助“炊具”Red同源重組系統(tǒng)將“鍋”中的多個(gè)噬菌體基因片段重組成完整基因組，再利用“鍋”的激活系統(tǒng)，將從頭組裝得到的基因組“烹制”為有活性的噬菌體顆粒。

“這種‘烹飪’方式避免了體內(nèi)外組裝等耗時(shí)的工作，也不需要對(duì)噬菌體的高毒力天然宿主進(jìn)行基因操作，既降低了生物安全風(fēng)險(xiǎn)，又能以簡便、經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)基因組組裝、編輯和激活，從而大大提升工程噬菌體的產(chǎn)出效率。”該負(fù)責(zé)人表示。

目前通過該平臺(tái)激活的噬菌體，能夠靶向侵襲包括肺炎克雷伯菌、腸炎沙門氏菌、綠膿假單胞菌和鮑曼不動(dòng)桿菌在內(nèi)的四種臨床常見致病菌。隨著更多跳板宿主的開發(fā)，該平臺(tái)也將覆蓋更多種噬菌體，幫助抗擊多重耐藥菌，造福患者。

(記者 袁斯茹)