大自然的隐藏武器库：感染细菌的病毒

附着在细菌细胞壁上的多个噬菌体的假色透射电子显微照片。

一种新的遗传方法可以加快对噬菌体-微生物相互作用的研究，从而对健康，农业和气候产生影响。

科学家们一直在寻找新的和改进的方法来处理细菌，无论是消除引起疾病的菌株还是修饰可能有益的菌株。尽管人类发明了许多聪明的药物和基因工程工具来完成这些任务，但与噬菌体（感染细菌的病毒）进行的精心调整的攻击相比，这些方法似乎显得笨拙。

噬菌体与其他寄生虫一样，是不断发展的靶向和利用其特定宿主细菌菌株的方式，而细菌又是不断逃避噬菌体的手段。这些长期的生存斗争产生了令人难以置信的持久性分子武库，这是研究人员渴望研究的，但是这样做可能是乏味且劳动密集的。

为了深入了解这些防御策略，伯克利实验室科学家领导的一个团队刚刚开发了一种高效且廉价的新方法。正如《 PLOS Biology》中报道的那样，该团队表明，三种技术的结合可以揭示噬菌体利用哪种细菌受体感染细胞，以及细菌利用何种细胞机制对噬菌体感染做出反应。

“尽管进行了近一个世纪的分子研究，但噬菌体与宿主相互作用的潜在机制只有几对，其中宿主是经过充分研究的模型生物，可以在实验室中进行培养，”相应的作者Vivek Mutalik说，伯克利实验室环境基因组学和系统生物学（EGSB）部门的研究科学家。“但是，噬菌体代表了地球上最丰富的生物实体，由于它们对细菌的影响，它们是环境营养循环，农业产量以及人类和动物健康的关键驱动因素。必须更好地了解这些相互作用的基础知识，以便更好地了解地球的微生物群，并开发新药，例如基于细菌的疫苗或噬菌体鸡尾酒，以治疗抗药性感染。”

照亮“暗物质”

该小组的三管齐下的方法被称为条形码条形码的功能丧失和功能获得文库，它使用已建立的技术来创建基因缺失并增加基因表达，以鉴定细菌用来逃避噬菌体的基因。这些信息还告诉科学家，噬菌体靶向哪些受体，而无需分析噬菌体的基因组。（但是，科学家们确实计划在将来使该技术适用于病毒，以进一步了解其功能。）

Mutalik和他的同事在两种大肠杆菌中测试了他们的方法，这些菌株被14种遗传上的本性噬菌体靶向。他们的结果证实了该方法的有效性，方法是快速揭示以前通过数十年研究鉴定出的同一组噬菌体受体，并且还提供了早期研究中未曾发现的新发现。

噬菌体的艺术性渲染。

根据Mutalik的说法，该方法还可以扩大规模，以同时评估从自然环境中采样的数百种细菌的噬菌体关系。这将使科学家们更容易研究行星的生物“暗物质”，暗物质是指在许多环境中都存在的无法培养的，因此知之甚少的微生物。实际上，据估计，所有活微生物中有99％无法在实验室中进行培养。

该团队的方法还为标准化噬菌体研究中使用的遗传资源（这一直是一个临时的且高度可变的过程）并创建可共享的试剂和数据集提供了机会。

“噬菌体的作用是巨大的'未知'，因为我们知道到处都有噬菌体，但几乎一无所知。例如，我们了解到以前测序的噬菌体基因组中编码的基因不到10％。” Mutalik说。“现在，我们终于有了一种精简的工具来查看噬菌体，我们可以开始回答许多令人振奋的问题，并有机会改变世界。”

参考：Vivek K. Mutalik，Benjamin A. Adler，Harneet S. Rishi，Denish Piya，Crystal Zhong，Britt Koskella，Elizabeth M. Kutter，Richard Calendar，Pavel S Novichkov，Morgan N.Price，Adam M.Deutschbauer和Adam P.Arkin，2020年10月13日，PLOS Biology.DOI：
10.1371 / journal.pbio.3000877

这项工作是由Mutalik以及伯克利实验室的EGSB科学家亚当·阿金（Adam Arkin）和亚当·德意志鲍尔（Adam Deutschbauer）以及加州大学伯克利分校和长青州立大学的研究人员共同领导的。该研究由创新基因组学研究所的微生物学计划和ENIGMA资助，ENIGMA是由伯克利实验室牵头并由美国能源部科学办公室支持的科学重点领域计划。