随着抗生素耐药性对我们的健康威胁越来越严重，科学界和医学界正在寻找新的药物来对抗感染。格拉德斯通研究所的研究人员利用一种新技术利用噬菌体的力量，距离这一目标又近了一步。

噬菌体编辑技术或能为抗生素耐药细菌带来替代疗法

噬菌体，简称噬菌体，是一种能够自然接管并杀死细菌的病毒。目前存在数千种噬菌体，但迄今为止，用它们作为对抗特定细菌的治疗方法已被证明具有挑战性。为了优化噬菌体疗法并使其可扩展到人类疾病，科学家需要将噬菌体改造成高效的杀菌机器。这也将为治疗对标准抗生素有耐药性的细菌感染提供另一种方法。

现在，格拉德斯通的科学家们开发出一种技术，可以让他们以简化和​​高效的方式编辑噬菌体的基因组，使他们能够设计新的噬菌体并研究如何利用病毒来针对特定的细菌。

“最终，如果我们想利用噬菌体来拯救那些对多种药物具有耐药性的感染者的生命，我们需要一种方法来制造和测试大量的噬菌体变体，以找到最好的变体，”格拉德斯通副研究员SethShipman博士说，他是《自然生物技术》杂志上发表的一项研究的主要作者。“这项新技术让我们能够成功、快速地将不同的编辑引入噬菌体基因组，这样我们就可以创造出大量的变体。”

这种新方法依赖于一种叫做逆转录子的分子，这种分子源自细菌免疫系统，在细菌细胞内充当DNA生产工厂。Shipman的团队已经找到了对逆转录子进行编程的方法，使它们能够复制所需的DNA序列。当噬菌体利用该团队新研究中描述的技术感染含有逆转录子的细菌菌落时，噬菌体会将逆转录子产生的DNA序列整合到自己的基因组中。

敌人的敌人

与一次性杀死多种细菌的抗生素不同，噬菌体对特定菌株具有高度特异性。随着抗生素耐药性细菌感染率的上升(美国每年约有280万例此类感染)，研究人员越来越多地关注噬菌体疗法作为对抗这些感染的替代疗法的潜力。

“人们常说，敌人的敌人就是朋友，”Shipman说道，他也是加州大学旧金山分校生物工程与治疗科学系的副教授，同时也是陈·扎克伯格生物中心的研究员。“我们的敌人是这些致病细菌，而它们的敌人则是噬菌体。”

目前，噬菌体已成功用于临床治疗少数患有危及生命的抗生素耐药性感染的患者，但开发这种疗法的过程既复杂又耗时，而且难以大规模复制。医生必须筛选天然噬菌体，以测试是否有任何噬菌体可以对抗从单个患者身上分离出的特定细菌。

希普曼研究小组希望找到一种方法来修改噬菌体基因组，以创建更大的噬菌体集合，可以筛选用于治疗用途，以及收集有关什么使某些噬菌体更有效或什么使它们对细菌靶标或多或少具有特异性的数据。

“作为细菌的天敌，噬菌体在塑造微生物群落方面发挥着重要作用，”格拉德斯通前研究员、新研究的共同第一作者、目前在洛克菲勒大学攻读研究生学位的ChloeFishman说道。“拥有修改其基因组的工具以便更好地研究它们非常重要。如果我们想对它们进行改造以便塑造微生物群落以造福于我们——例如杀死抗生素耐药性细菌——这也很重要。”

持续噬菌体编辑

为了精确改造噬菌体基因组，科学家们开始使用逆转录子。近年来，Shipman及其团队率先开发和使用逆转录子来编辑人类细胞、酵母和其他生物体的DNA。

Shipman和他的同事首先创建了逆转录子，这种逆转录子可以产生专门用于编辑入侵噬菌体的DNA序列，该团队将该系统称为“重组子”。然后，他们将这些逆转录子放入细菌菌落中。最后，他们让噬菌体感染细菌菌落。随着噬菌体感染一个又一个细菌，它们不断从重组子中获取和整合新的DNA，并在这一过程中编辑自己的基因组。

研究小组发现，噬菌体感染含有重组子细菌菌落的时间越长，被编辑的噬菌体基因组数量就越多。此外，研究人员还可以用不同的重组子对菌落内的不同细菌进行编程，噬菌体在感染菌落时会获得多次编辑。

“当噬菌体在细菌之间跳跃时，它会拾取不同的编辑，”Shipman说。“在噬菌体中进行多次编辑以前是极其困难的事情;以至于大多数时候，科学家根本就不会这样做。现在，你基本上将一些噬菌体投入这些培养物中，等待一段时间，然后获得多次编辑的噬菌体。”

筛选噬菌体的平台

如果科学家已经确切知道他们想要对特定噬菌体进行哪些编辑以优化其治疗潜力，那么新平台将让他们轻松有效地进行这些编辑。然而，在研究人员能够预测基因变化的后果之前，他们首先需要更好地了解噬菌体的作用原理以及基因组变异如何影响其有效性。重组系统也有助于在这方面取得进展。

如果将多个重组子放入细菌菌落中，并让噬菌体在短时间内感染菌落，不同的噬菌体将获得不同的编辑组合。然后可以对这些不同的噬菌体集合进行比较。

希普曼实验室的研究生、新研究的共同第一作者凯特·克劳福德(KateCrawford)说：“如果科学家想要研究这些基因如何相互作用或引入修饰，使噬菌体成为更有效的细菌杀手，他们现在就有办法同时编辑多个基因。”

Shipman的团队正在研究增加可放入单个细菌菌落中的不同重组子的数量，然后将其传递给噬菌体。他们预计，最终可以将数百万种编辑组合引入噬菌体，从而形成巨大的筛选库。

希普曼说：“我们希望将规模扩大到足够大，拥有足够多的噬菌体变体，这样我们就可以开始预测哪些噬菌体变体可以对抗哪些细菌感染。”