合成生物学和基因组工程将是加强噬菌体治疗的有力工具

目前，噬菌体的抗菌治疗效果十分有限，主要是由于噬菌体抗性产生迅速，以及大多数分离得到的噬菌体不能广泛的对临床菌株进行良好的消杀。随着基因工程与合成生物学的飞速发展，噬菌体疗法也显露出更好的发展前景。在未来，通过合成生物学和基因工程驱动下的噬菌体治疗，将会大大提高效率，成为未来噬菌体疗法发展的推动力。

近几十年来，抗生素在医药和农业等领域的广泛使用以及监管不到位，加剧了抗生素耐药性病原体的产生和出现。多重耐药性微生物给医疗系统带来了越来越重的负担，与此同时，研发和储备新型抗生素的公司也慢慢减少，对人类的健康生活构成了严重的威胁。噬菌体作为一种潜在的治疗手段，在近年来受到了大家广泛的关注，也有一系列成功的临床案例证实了噬菌体疗法的有效性以及可行性。但是随着越来越多的临床治疗结果来看，噬菌体在治疗过程中产生的抗噬菌体细菌，是目前临床上存在的一大主要问题。合成生物学、基因工程的发展，以及噬菌体发现的速度加快，利用这些工程化的思路可以对噬菌体进行特异性的改造，来增强天然噬菌体的特性，以克服这些缺点。

噬菌体基因工程方法：

温和噬菌体基因组与宿主基因组之间的整合导致形成了一个常驻的溶源噬菌体，因此通常可以根据细菌基因组相同的方法来操作温和噬菌体基因组。相反，烈性噬菌体需要使用专门的基因工程方法，分为同源重组和体外组装两种方法。

同源重组

基于同源重组的方法，噬菌体基因组经历同源重组驱动的等位基因交换在感染过程中使用细胞质编辑模板，是最常用的噬菌体基因组工程方法。然而，对于烈性噬菌体来说，这些方法受到低自然重组频率的限制，需要广泛筛选以获得具有所需突变的子代噬菌体。重组宿主内的噬菌体重组蛋白的表达可保护编辑模板免受降解，并促进与注入的基因组在体内发生重组，从而增加重组频率并降低同源臂长要求。基于同源重组的编辑技术也通过使用子代噬菌体的阳性和阴性选择得到了改进。报告基因的插入(例如：荧光素酶或荧光蛋白)或噬菌体特异性标记基因插入噬菌体基因组有助于重组噬菌体的快速选择。最近，细菌CRISPR-Cas系统已被用作未修饰噬菌体子代的负选择机制，有效地从重组噬菌体裂解物中富集稀有突变体。

为了解决噬菌体基因产物可能对其细菌宿主有毒的问题，目前，已经开发了天然细菌宿主外基因组组装的合成方法。这些技术依赖于通过转化相关重组(TAR)或体外酶组装将中小型DNA片段组装成全长噬菌体基因组，然后转化到细菌宿主以重新启动并组装成突变的噬菌体颗粒。由合成DNA片段组成的噬菌体基因组组装使工程变得灵活，可在任何基因组位点引入突变、缺失或插入，便于构建遗传文库，无需针对野生型序列进行选择。在宿主细胞体外重新启动噬菌体基因的合成生物学技术消除了DNA转化的需要，并使噬菌体的合成能够感染未知或未感染宿主。尽管基因工程过去仅限于感染经过充分研究的实验室宿主的噬菌体，但最近的重组蛋白同源基因高通量筛选的开发有望将未来噬菌体工程扩展到新的细菌宿主。

为了充分开发噬菌体治疗尚未开发的潜力，需要继续挖掘跨学科的方法。除了基因组工程、合成生物学之外，还包括许多其他领域，如药物配方和给药、药代动力学和免疫学。当与基于噬菌体的生物制品的制造和应用的非禁止性监管框架相结合时，这种综合性的方法将为有效对抗多种耐药病原体的靶向噬菌体治疗提供一幅非常乐观的前景。

参考文献：

Lenneman BR, Fernbach J, Loessner MJ, Lu TK, Kilcher S:Enhancing phage therapy through synthetic biology and genome engineering. Curr Opin Biotechnol 2021. 68:151–159.