Баркодирование бактериофагов: новый метод может раскрыть мощные биотехнологические применения
Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) разработали быстрый метод маркировки или характеристики генов бактериофагов — вирусов, поражающих бактерии.
Метод основан на удостоенной Нобелевской премии технологии редактирования генов CRISPR и позволяет понять, какие части генома фага необходимы для его функции. После идентификации несущественных областей, в них можно разместить баркоды, что позволит быстро идентифицировать и отслеживать разные фаги в различных условиях. В масштабе этот метод может раскрыть мощные биотехнологические применения в сельском хозяйстве, экологии, здравоохранении и других областях.
Суть метода и его значение
- Учёные использовали технологию CRISPR-интерференции (CRISPRi), чтобы "приглушить" экспрессию почти каждого гена у двух модельных фагов и оценить их важность для жизненного цикла инфекции.
- Это первое исследование "генной незаменимости" (gene essentiality) в таком масштабе для бактериальных вирусов.
- Полученные знания о генах одного типа фага могут быть распространены на другие.
- Метод также выявил явление "полярности" (polarity), когда подавление одного гена влияет на экспрессию другого, нижележащего гена.
Применение баркодирования
Основная цель работы — найти несущественные гены в геномах фагов, чтобы заменить их уникальными идентификаторами (баркодами).
- Аналогия с магазином: Баркоды на фагах, как и на товарах, позволяют быстро идентифицировать, отслеживать и организовывать работу с ними.
- Пример использования: При создании лечебного "коктейля" из фагов (phage cocktail) для борьбы с антибиотикорезистентными инфекциями баркоды позволят отслеживать, какие именно фаги эффективны, а какие нет, и оперативно корректировать состав смеси.
Потенциал и будущее
Бактериофаги — самые многочисленные биологические объекты на Земле и огромный резервуар генетического разнообразия, но информация о функциях их генов в основном не изучена.
Новый метод CRISPRi-характеризации может помочь раскрыть множество полезных биотехнологий:
- Контроль патогенов в сельском хозяйстве.
- Биоремедиация окружающей среды.
- Производство продуктов питания и молочной продукции.
- Генная терапия и разработка вакцин.
- Борьба с опасными биоплёнками на медицинских устройствах.
До сих пор фаги оставались плохо изученными из-за трудоёмкости существующих методов, специфичных для определённых типов фагов. Новый подход открывает дверь для масштабных исследований и построения карт "генотип-фенотип" для фагов.