利用合成生物學改造噬菌體,MIT盧冠達團隊開發創新抗感染療法

2020-12-04 騰訊網

▎藥明康德/報導

隨著抗生素的耐藥性，以及新抗生素開發難度的與日俱增，抗生素的使用變得越來越需要小心。研究人員開始探索新的策略來解決這一的問題。麻省理工大學（MIT）盧冠達教授（Timothy Lu）的團隊致力於運用合成生物學方法（synthetic biology）對噬菌體（可感染細菌的一類病毒）來進行工程化改造，開發出可以迅捷對抗耐藥菌感染的全新療法。這一研究結果於近期發表在Cell期刊上。

雖然噬菌體能夠殺死食物中的有害細菌，但是這一思路並沒有得到廣泛的應用來對抗細菌感染。因為天然的噬菌體具有非常強的特異性，他們只能夠殺死特定的細菌菌株。從天然噬菌體中篩選出合適的病毒株去靶向特定細菌菌株非常苦難，同時也是一個頗為耗費時間的過程。

盧冠達教授的團隊此前的研究結果顯示，通過改造編碼T7噬菌體的尾部蛋白，能幫助噬菌體鎖定細菌宿主表面的受體。噬菌體尾部蛋白富含蛋白質2級結構β疊片，這些β疊片之間通過胺基酸環路來連結彼此。本次研究團隊開發出新策略，通過系統性地僅對胺基酸環路部分進行突變，在對尾部蛋白質結構影響最小化的情況下，來改變噬菌體與細菌宿主結合的能力。這一新策略能快速製造大量攜帶不同尾部蛋白突變體的噬菌體，並驗證他們對細菌宿主的親和力。

噬菌體工程化平臺：通過對噬菌體尾部蛋白進行基因突變改造，能靶向不同菌株，或不同類型的細菌宿主（圖片來源：參考資料[3]）

研究人員建造了一個規模在1000萬左右的噬菌體尾部蛋白突變體庫，然後檢測它們對噬菌體產生抗性的細菌宿主的活性。他們的研究結果顯示，經工程化改造的噬菌體不僅能殺死特定的不同大腸桿菌菌株，還能殺死已對噬菌體產生抗性的細菌。此外，它們還可作為噬菌體雞尾酒療法使用，靶向不同的致病菌組合。

盧博士表示：「正如我們現在越來越多的從新聞中看到的那樣，細菌的耐藥性正在不斷發展，並且對公共衛生問題日益嚴重。相比於抗生素，噬菌體使用不同的機制來殺死細菌，噬菌體療法是對抗生素的補充，而不是試圖去替代它們。」

盧博士的團隊計劃使用這一策略去靶向具有其它耐藥機制的大腸桿菌，以及其它類型的致病菌。他們認為噬菌體療法有潛力去選擇性地靶向人類消化道中特定的有害菌株。

參考資料：

[1]. How quickly engineered viruses could fight drug-resistant bacteria. Retrieved Oct. 3, 2019, from https://www.fiercebiotech.com/research/fighting-drug-resistant-bacteria-quickly-engineered-viruses

[2]. Engineered viruses could fight drug resistance. Retrieved Oct. 3, 2019, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-10/miot-evc100119.php

[3] lu. et al. （2019）Engineering Modular Viral Scaffolds for Targeted Bacterial Population Editing. Cell Systems. https://doi.org/10.1016/j.cels.2015.08.013

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