科学家从零造病毒来对付超级细菌

在《美国国家科学院院刊》（PNAS）的一项新研究中，新英格兰生物实验室（NEB®）和耶鲁大学的科学家报道了首个用于设计噬菌体的全合成系统。这种噬菌体可靶向铜绿假单胞菌，这是一种具有高度耐药性、对全球人类健康构成严重威胁的细菌。该方法依赖于NEB的高复杂性金门组装（HC-GGA）平台，研究人员无需依赖现有的病毒样本，而是利用数字DNA序列数据来设计和构建噬菌体。

借助这一系统，研究团队用28个合成DNA片段构建出了铜绿假单胞菌噬菌体。他们通过引入点突变、DNA插入和缺失等方式，为病毒赋予了新功能。比如，通过替换尾纤基因（控制噬菌体感染细菌类型的基因），改变噬菌体可感染的细菌种类；添加荧光标记，则能实时观察感染过程。

该论文的共同第一作者、NEB研究科学家安迪·西克玛表示：“即便是在最佳条件下，噬菌体工程也一直极其耗费人力。研究人员往往花费整个职业生涯来开发特定模式噬菌体的工程化流程。而这种合成方法在简便性、安全性和速度上实现了技术飞跃，为生物学发现和疗法开发铺平了道路。”

### 用数字DNA构建噬菌体
通过NEB的金门组装平台，科学家可在细胞外利用合成DNA组装出完整的噬菌体基因组，并在组装过程中整合所有计划的基因改造。组装完成后，将基因组导入安全的实验室菌株，它就会变成有活性的噬菌体。

这种策略避开了噬菌体研究中许多长期存在的障碍。传统方法依赖保存实体噬菌体样本和使用特定的宿主细菌，尤其是在研究感染危险人类病原体的病毒时，这会格外困难。新方法还省去了在活细胞内进行多轮筛选或逐步基因编辑的步骤。

### 为何金门组装技术至关重要
与其他DNA组装技术（通常拼接较少但较长的片段）不同，金门组装技术使用较短的DNA片段。这些短片段更容易合成，对宿主细胞毒性更低，也更少出现错误。该技术对含有重复序列或极端GC含量（DNA中鸟嘌呤和胞嘧啶的比例）的噬菌体基因组也能有效组装，而这两种情况通常会给DNA组装带来麻烦。

通过简化流程并拓展技术可能性，这种方法显著扩大了噬菌体作为靶向疗法对抗耐药性感染的应用潜力。

### 合作：从工具到疗法
这种快速合成噬菌体工程系统的开发，源于NEB科学家与耶鲁大学噬菌体研究人员的密切合作。NEB研究人员多年来一直在改进金门组装技术，使其能可靠地处理由多个片段组成的大型DNA靶标。耶鲁大学的研究人员意识到这些工具可能为噬菌体生物学带来新突破，于是主动合作探索更宏大的应用。

NEB科学家首先利用研究较深入的模式病毒——大肠杆菌噬菌体T7优化了该方法。随后，合作团队将技术扩展到非模式噬菌体，这些噬菌体可靶向一些已知的高度耐药菌。

2025年11月，NEB与匹兹堡大学哈特富尔实验室及安莎生物技术公司合作，在PNAS发表了另一项研究，利用相同的金门组装方法构建了高GC含量的分枝杆菌噬菌体。此外，2025年12月《美国化学会志》的一项研究显示，康奈尔大学研究人员与NEB合作，创建了经人工设计的T7噬菌体，可作为生物传感器检测饮用水中的大肠杆菌。

NEB高级首席研究员、该研究的合著者格雷格·罗曼说：“我的实验室打造‘特别的锤子’，然后寻找合适的‘钉子’。在这个案例中，噬菌体治疗领域的同仁告诉我们：‘这正是我们一直在等的锤子。’”