奥塔哥大学研发噬菌体全基因组诱变新技术

奥塔哥大学(University of Otago)微生物学与免疫学系(Department of Microbiology and Immunology)研究人员开发出一种利用CRISPR-Cas技术对噬菌体(bacteriophage,一种感染细菌的病毒)进行全基因组诱变的新方法,该成果登上国际知名期刊《Nature Microbiology》最新一期封面。

论文通讯作者Peter Fineran教授表示,噬菌体(简称phage)在应对抗生素耐药性危机、以及作为农业化学品替代品推动可持续农业方面具有“巨大潜力”,因为它们能够消灭细菌。

“但我们对噬菌体的了解,大概相当于上世纪1950年代人类对抗生素的认知水平。许多噬菌体基因目前仍属于‘微生物暗物质’范畴——它们编码的功能我们还不了解,这限制了噬菌体在医疗保健和生物技术领域的应用,”他说。

“这项新技术是一次重大突破,让我们能够快速理解噬菌体的生物学机制,并利用这些知识让噬菌体更好地为我们的目标服务。”

论文共同第一作者Manuela Fuchs博士表示,这一新方法能够利用CRISPR-Cas技术对噬菌体实现全基因组范围的诱变。

研究人员采用转座子插入测序技术(transposon insertion sequencing)——即利用一段可移动的DNA片段插入并破坏基因——并结合基于CRISPR-抗CRISPR(anti-CRISPR)的筛选方法,挑选出已发生突变的噬菌体,从而识别出哪些基因对噬菌体存活是必需的、哪些是非必需的。

“确立这一方法后,我们想到可以将该技术进一步扩展,直接把基因插入噬菌体基因组。我们发现除了抗CRISPR蛋白之外,还可以在转座子上搭载其他基因。这次我们添加的是荧光标记物,但今后也可以用来给噬菌体添加更多抗防御基因,以提升其治疗潜力,”Fuchs博士说。

论文通讯作者Leah Smith博士表示,该方法能够将基因自动插入噬菌体基因组的特定位置,同时保持噬菌体的正常功能。

“这是一种系统化、适用范围广且成本效益高的方法,不仅能用于研究基因功能,还能快速对噬菌体基因组进行改造。”

“这为基础研究和未来的治疗性开发都打开了新的机遇。”

生物膜(biofilm)就是一个典型应用场景——生物膜会在假体植入物和医疗器械上引发难以治疗的感染。

“借助这项新技术,我们可以快速改造噬菌体,让它们具备更多能力来阻断细菌的某些防御机制,从而更容易地被用来杀灭病原体,”Smith博士说。

资助来源

该研究由Fineran教授获得的新西兰皇家学会(Royal Society of New Zealand – Te Apārangi)James Cook研究奖学金、Smith博士获得的皇家学会马斯登基金(Marsden Fund)资助及L'Oréal-UNESCO女性科学家奖学金(For Women in Science Fellowship)、Fuchs博士获得的德国亚历山大·冯·洪堡基金会(Alexander von Humboldt Stiftung)Feodor Lynen研究奖学金,以及Natalie Kyte获得的奥塔哥大学博士奖学金共同支持。

论文信息

论文题为《Defining the essential genome of diverse phages with phage Tn-seq》,作者为Natalie Kyte、Manuela Fuchs、Leah M. Smith和Peter C. Fineran,发表于《Nature Microbiology》,DOI: 10.1038/s41564-026-02486-1。