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噬菌体工程为抗菌疗法带来新的生机

抗生素耐药性是一种快速发展的现象,给公共卫生计划人员造成了极大的头痛。然而,一项新研究表明,使用一种称为细菌噬菌体(简称噬菌体)的天然细菌感染病毒杀死细菌,可以杀死宿主,这是一种杀死细菌的新策略。研究人员的瓶颈一直在迅速识别和修饰已知的噬菌体以武器化以抵抗传染性细菌。新方法通过使用可以在其上进行修改的单个通用框架来解决此问题。

噬菌体可以特异性识别目标细菌,并通过它们的尾巴纤维附着在目标细菌上,从而导致细菌细胞壁的快速裂解或破坏。对于不依赖抗生素的机制,这种特性对于抗菌药的攻击是无价的。这可能意味着它们可以破坏对多种药物具有抗性的细菌菌株。而且,它们专注于细菌本身,避免了脱靶或对身体的意外伤害。它们不会留下正常的健康细菌,由于它们的生物学性质而不会引起明显的毒性,并且可使发育过程更苗条,更便宜。它们复制自己,但是一旦任务完成就消失。

噬菌体自1915年以来就已经存在,它们作为抗菌剂的用途也非常古老。尽管取得了良好的早期结果,但缺乏良好的试验设计以及获得的可变结果以及发生抗生素革命,共同将噬菌体推向了公众的视线。然而,对几种常用抗生素的耐药性激发了人们对这种高度特异性和有效的抗菌疗法的新兴趣。

噬菌体工程对通过将基因修饰插入共同的支架尾纤维结构中来增强可用于攻击的噬菌体的多样性是必要的。它还有助于克服引起噬菌体抗性的细菌机制,破坏破坏噬菌体附着于靶细菌能力的细菌生物膜,以及旨在降低细菌毒力或存活潜力的所谓抗病机制。

捕捉噬菌体的尾巴

第一个此类噬菌体于2015年投入使用。这是自然界中针对大肠杆菌的T7噬菌体。科学家发现,他们可以在T7噬菌体中插入特定基因,该基因编码其他类型的尾巴纤维-一种蛋白质,可以帮助噬菌体与目标宿主细胞上的细胞表面受体特异性结合。这将使他们能够修饰噬菌体,使其对任何选定的细菌具有选择性。

但是,工程过程既不高效也不迅速。因此,他们一直在努力完善一种方法,使他们能够制造出量身定制的噬菌体来对抗任何所需的细菌。一种方法是成功的,并且构成了当前基于噬菌体的攻击策略的基础。

当前的研究提出了一种策略,可以快速修改噬菌体的基因组成,以刺激杀死肠道细菌大肠埃希氏菌(E. coli)的各种不同菌株。这项研究背后的麻省理工学院研究人员在尾纤维蛋白中产生了突变,病毒将这些突变锁定在细菌细胞上。可以对这些突变进行定制,以扩大噬菌体可作用的宿主范围,同时降低细菌触发针对噬菌体感染的保护机制的能力。

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