新的噬菌体 Tn-seq 方法绘制必需基因图谱并添加遗传载荷

一种新方法旨在通过识别噬菌体基因组中哪些部分不可或缺，并向其中递送额外遗传物质，使噬菌体更易于研究和改造。这项名为噬菌体 Tn-seq 的技术在多种噬菌体中进行了测试，并且还生成了携带两种工程化突变的噬菌体。

这项工作发表于 Nature Microbiology，由 nature.com 发布。其开发者表示，这一方法或许有助于解决噬菌体研究中的两个长期障碍：对噬菌体如何发挥作用知之甚少，以及难以快速重新设计噬菌体以供潜在治疗用途。

噬菌体是细菌演化的重要推动力量，人们正在研究其作为抗微生物剂的潜在用途。相关进展取决于对以下问题的理解：哪些噬菌体基因是必需的，这些基因在感染过程中如何被利用，以及如何在不使噬菌体失活的情况下向其中引入新的遗传载荷。这一新方法旨在通过单一的全基因组策略解决上述每个问题。

广泛测试噬菌体基因的方法

噬菌体 Tn-seq 将 Tn5 转座子诱变、基于抗CRISPR活性的筛选和深度测序结合起来。广义而言，转座子诱变会在基因组的不同位置引入插入。随后，研究人员可以检查筛选后哪些插入仍然存在，并通过测序确定它们发生的位置。

将其应用于噬菌体后，研究人员便能够调查许多基因组位置，而不是逐个检查基因。这一方法适用于多种不同的噬菌体，包括一种能形成细胞核的巨型噬菌体。这一结果在该研究中具有重要意义，因为它表明，该方法并不局限于单一类型的噬菌体或单一种基因组组织形式。

由此得到的基因必需性判定结果，与来自另外两个来源的证据相吻合：结构蛋白质组学和核心基因的保守性。结构蛋白质组学提供了有关噬菌体组成成分的信息，而对保守核心基因的比较，则独立说明了哪些基因在不同噬菌体中得以保留。这些方法之间的一致性支持了基于插入的测量结果的实用性。

转座子插入的模式所携带的信息并不止于基因必需性。插入位置的偏差使作者能够预测转录进行的方向。同样的模式还有助于识别在早期被注入的区域，以及高水平表达的区域。

数日内完成噬菌体工程改造

研究人员还利用转座子作为递送新遗传载荷的载体。研究称，这使遗传载荷能够在数日内添加到噬菌体中；与那些依赖于对每种噬菌体基因组不完全理解的方法相比，这为噬菌体工程改造提供了更快的途径。

这项工作包括一种由人工智能设计的 Acr 转座子系统。该系统被描述为正交系统，并被用于生成噬菌体双突变体，即携带两种工程化突变的噬菌体。它的加入使这一方法超越了对现有基因的绘制：同一套通用工具还可帮助构建带有经过刻意组合的遗传变化的噬菌体。

研究人员进一步证明，在 DNA 经过高度修饰的噬菌体中也可以实现转座子插入。这类化学修饰会使噬菌体基因组更难操纵或分析。在这些噬菌体中证明可以进行插入，扩大了该技术可能适用的系统范围。

这一工具为何重要

该研究将噬菌体 Tn-seq 呈现为一个多用途平台，而不是一种为单一狭窄任务设计的方法。它可用于判定必需基因、提取有关转录和早期基因组递送的线索、添加遗传载荷以及生成双突变体。它在不同噬菌体中的表现，是支撑这一说法的核心。

这一方法本身并不能解决有关噬菌体生物学的所有问题，但它提供了一种更快生成全基因组证据的方式。这或许能够增进人们对噬菌体如何演化和运作的理解，同时支持将其开发为抗微生物剂的努力。

作者更广泛的目标，是让噬菌体更易于接受系统性实验。通过将诱变、基于抗CRISPR的筛选和深度测序结合起来，这一方法在同一工作流程中连接了发现与工程改造。因此，该研究将噬菌体 Tn-seq 定位为一种基础工具，既可用于研究噬菌体基因组，也可用于未来基于噬菌体的疗法。