工程师计划病毒作为对抗感染的新武器

麻省理工学院工程师通过在与宿主细胞结合的病毒蛋白中的突变中突变来杀死噬菌体，以杀死不同的大肠杆菌的病毒。图片由研究人员提供

工程病毒可以对抗耐药性：通过调整噬菌体基因组，麻省理工学院团队创造了一种打击感染的新武器。

在反对抗生素抗性的战斗中，许多科学家一直试图部署叫噬菌体的天然存在的病毒，这些病毒可以感染和杀死细菌。

噬菌体通过不同机制杀死细菌的抗生素，它们可以靶向特定的菌株，使它们成为可能克服多药抗性的吸引力选择。然而，快速寻找和优化用于对细菌目标使用的明确定义的噬菌体是具有挑战性的。

在一项新的研究中，麻省理工学院生物学工程师表明，它们可以通过在与宿主细胞结合的病毒蛋白中进行突变来迅速地编程噬菌体以杀死不同的大肠杆菌菌株。研究人员发现，这些工程化的噬菌体也不太可能引起细菌的抗性。

“正如我们越来越多的消息所见，细菌抵抗正在继续发展，并且对于公共卫生而言越来越有问题，”电气工程与计算机科学和生物工程学士学位的麻省理工学院副教授Timothy Lu说。“噬菌体代表杀菌细菌的杀伤性含量，这些抗生素是抗生素的互补性，而不是试图取代它们。”

研究人员创造了几种可以杀死在实验室中生长的大肠杆菌的工程噬菌体。新创造的噬菌体中的一种也能够消除两种大肠杆菌菌株，这些大肠杆菌菌株是对小鼠皮肤感染的天然存在的噬菌体。

鲁是该研究的高级作者，它出现在10月3日的粮食中。MIT Postdoc Kevin Yehl和前Postdoc Sebastien Lemire是本文的引导作者。

工程病毒

食品和药物管理局已经批准了少数杀菌杀害食物中有害细菌的噬菌体，但它们尚未被广泛用于治疗感染，因为发现靶向适当种类的细菌的天然存在的噬菌体可能是困难且耗时的过程。

为了使此类治疗更容易开发，Lu的实验室一直在研究工程病毒的病毒“支架”，这可以很容易地重新分配以靶向不同的细菌菌株或不同的抗性机制。

“我们认为噬菌体是一个很好的工具包，用于杀死复杂生态系统内的细菌水平，但以目标为目标，”鲁说。

2015年，研究人员使用了T7家族的噬菌体，该系列自然地杀死了大肠杆菌，并表明他们可以通过在尾纤维编码的不同基因中交换来编程它来靶向其他细菌，噬菌体用来锁定蛋白质宿主细胞表面上的受体。

虽然该方法做了工作，但研究人员希望找到一种方法来加快剪裁噬菌体的过程到特定类型的细菌。在新的研究中，他们提出了一种允许他们迅速创造和测试更多数量的尾纤变体的策略。

从先前的尾纤结构研究中，研究人员知道蛋白质由称为通过环路连接的β薄片的段组成。他们决定仅尝试系统地突变形成环的氨基酸，同时保持β板结构。

“我们认为我们认为对蛋白质结构影响最小的地区，但能够改变其与细菌的结合相互作用，”Yehl说。

他们创造了大约10,000,000种不同的尾纤维的噬菌体，并测试它们的几种大肠杆菌的菌株，这些大肠杆菌被演变为抗性噬菌体。一种方法，大肠杆菌可以抵抗噬菌体是通过突变“LPS”的受体，使得它们缩短或丢失，但麻省理工学院组织发现其一些工程噬菌体可以杀死甚至有突变或缺失的LPS的大肠杆菌的菌株受体。

这有助于克服使用噬菌体作为抗微生物的噬菌体中的一个限制因素，这是魏兹曼科学研究所的分子遗传学教授Rotem Sorek表示，细菌可以通过突变噬菌体突变的受体来产生抗性。

“通过深入了解引起噬菌体噬菌体认可的生物学，与智能生物工程方法一起，陆和他的团队设法设计了一个大型噬菌体变体图书馆，每个噬菌体变体都有可能识别略微不同的受体。他们表明，用这种图书馆治疗细菌，而不是用单一噬菌体限制抗性的出现，“索沃克说，他不参与研究。

其他目标

Lu和Yehl现在计划应用这种方法来瞄准大肠杆菌使用的其他电阻机制，他们也希望开发可以杀死其他类型有害细菌的噬菌体。“这只是一个开始，因为有许多其他病毒支架和靶向细菌，”Yehl说。研究人员也有兴趣使用噬菌体作为靶向生活在人体肠道的特定细菌的工具并引起健康问题。

“能够选择性地击中那些非联合菌株可能会在人类临床结果方面给我们有很多好处，”卢说。

该研究由国防威胁减少机构，国家卫生研究院，美国军队研究实验室/军队研究办公室通过MIT士兵纳米技术研究所，以及来自国家癌症研究所的Koch Institute支持（核心）批准。

参考：“工程噬菌体宿主突出和抑制通过噬菌体尾纤维诱变的细菌抗性”通过Kevin Yehl，SébastienLemire，Andrew C. Yang，Hiroki Ando，Mark Mimee，Marcelo der Torossian Torres，Cesar de la Fuente-Nunez和Timothy K. Lu ，cell.doi：
10.1016 / J.Cell.2019.09.015