大自然隐藏的武器库:感染细菌的病毒

与细菌细胞壁附有多个噬菌体

附着在细菌细胞壁上的多个噬菌体的伪彩色透射电子显微图。来源:维基共享

一种新的遗传方法可以加速与健康,农业和气候影响的噬菌体微生物相互作用的研究。

科学家们不断寻求新的和改善处理细菌的方法,是消除疾病引起的菌株或改变潜在的有益菌株。尽管有许多聪明的药物和基因工程工程,人类已经发明了这些任务,那些方法似乎似乎笨拙,与噬菌体的精细调整攻击相比 - 感染细菌的病毒。

与其他寄生虫一样,噬菌体是不断发展的靶向和利用其特定宿主细菌菌株的方式,然后又是细菌的不断发展意味着避开噬菌体。这些永久性的生存率产生了令人难以置信的多样化分子库,研究人员正在学习研究,但这样做可能是乏味和劳动密集型的。

为了深入了解这些防御策略,伯克利实验室的科学家们刚刚开发了一种高效廉价的新方法。在报道PLOS生yabo124物学研究小组发现,三种技术的结合可以揭示噬菌体利用哪些细菌受体来感染细胞,以及细菌利用何种细胞机制来应对噬菌体感染。

“尽管分子工作,近一个世纪的底层机制phage-host交互是唯一已知的几双,主机是一个研究的模式生物,可以在实验室里培养,“说通讯作者Vivek Mutalik研究科学家在伯克利实验室的环境基因组学和系统生物学(EGSB)部门。yabo124“然而,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、农业产出以及人类和动物健康的关键驱动因素。为了更好地了解地球上的微生物群系,开发新药物,如以细菌为基础的疫苗或噬菌体鸡尾酒来治疗耐抗生素感染,获得更多关于这些相互作用的基础知识已经变得非常必要。”

照亮“暗物质”

该团队的三管齐下的方法称为条形码丧失函数和功能性库,使用了创建基因缺失的既定技术,也增加了基因表达,以确定细菌用于逃避噬菌体的基因。该信息还告诉科学家们的噬菌体是针对性的,而无需分析噬菌体的基因组。(但是,科学家们计划在将来适应对病毒的使用,以了解更多信息。)

Mutalik和他的同事在众所周知的两种大肠杆菌菌株上测试了它们的方法。他们的结果证实,该方法通过迅速揭示了先前通过几十年来研究的相同噬菌体受体套件,并提供了在早期研究中错过的新命中。

颜色噬菌体

噬艺术渲染的噬菌体。信用:Antara Mutalik

根据Mutalik的说法,该方法也可以进行缩放,以同时评估数百种从各种环境采样的细菌的噬菌体关系。这将使科学家们更容易研究地球的生物“暗物质”,这是指不耐水性,因此难以理解的微生物,这些微生物在许多环境中比比皆是。事实上,据估计,99%的生活微生物不能在实验室中培养。

该团队的方法还代表了标准化噬菌体研究中使用的遗传资源的机会,这始终是ad-hoc和高度可变的过程,并创建可共享的试剂和数据集。

“噬菌体的作用是一个巨大的”已知未知“,我们知道各地都有噬菌体,但几乎不了解更多。例如,我们理解少于先前测序的噬菌体基因组中编码的10%的基因,“莫尔基尔说。“现在我们终于有一个简化的工具来看看噬菌体,有很多令人兴奋的问题我们可以开始回答和有机会在世界上有所作为。”

参考:“噬菌体耐药性的高通量地图大肠杆菌作者: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生yabo124物学
DOI: 10.1371 / journal.pbio.3000877

这项工作是由Mutalik和伯克利实验室的EGSB科学家Adam Arkin和Adam Deutschbauer领导的,他们与加州大学伯克利分校和常青州立学院的研究人员合作完成的。该研究由创新基因组研究所微生物学项目和ENIGMA资助,ENIGMA是由yabo124伯克利实验室领导的科学重点领域项目,由能源部科学办公室支持。

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