目前，抗生素滥用导致的耐药性成为了一个严重的全球性问题，细菌通过与药物的不断抗争增强了抗药性，未来将出现越来越多对药物“刀枪不入”的“超级细菌”。而中国作为世界上滥用抗生素最为严重的国家之一，由此造成的细菌耐药性也尤为突出。

除抗生素外的治疗方案？

噬菌体：强大的“细菌猎手”

应对抗生素耐药性泛滥，抗击耐药菌感染有了一个更有针对性的方案-噬菌体（Bacteriophage）疗法。

噬菌体长得有点“科幻”，形似微型机器人，它广泛存在于我们所处的环境和身体中，并且数量机器庞大。噬菌体可以钻进细菌体内，破坏其新陈代谢，并导致其自毁直至瓦解，却不会侵袭真核生物，是天然的“细菌猎手”。最早发现噬菌体的存在，是在印度的恒河水中-在那里爆发的霍乱疫情往往很快结束。

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和抗生素的广谱性不同，噬菌体十分“专一”，一种噬菌体只能对抗一种细菌。此外，它只针对细菌，对机体本身的微生物群落影响较小，因此副作用小。故噬菌体疗法具有特异性强、种类丰富、副作用少等独特的优势。早在20世纪初，噬菌体就被法国医生德赫雷尔发现并应用于治疗痢疾和霍乱。如今，东欧噬菌体疗法应用仍十分普遍，美国、澳大利亚、法国、比利时也已将噬菌体应用于临床治疗，我国以上海市公共卫生临床中心和深圳市第三人民医院为代表也已成功利用噬菌体治愈患者。

但噬菌体并非细菌的“完美终结者”，也有其局限性。一是目前对噬菌体的认知度低，仅是对冰山一角进行了测序；二是抑菌谱窄；三是野生型的噬菌体可能具有潜在毒性；四是相应速度太慢，治疗手段的开发可能跟不上病情发展的速度。但如果通过人工合成的手段，即可通过重新设计、合成噬菌体，有目的地敲除噬菌体中带有毒性的基因，对噬菌体基因组重新设计，使其保持靶向性、高效性的同时，具有安全性。

人工生命体

合成生物学就是利用遗传修饰或人工基因合成，来创造新的DNA，甚至创造新的完整生命体。这是现今用于理解生命过程和研发新疗法的重要途径。在噬菌体疗法发展的过程中，人类通过合成生物学对天然噬菌体进行编辑，或者从头构建人工噬菌体来促进这一疗法的发展。

应用实例：
（1）2019年，美国匹兹堡大学的Rebekah M.Dedrick等人利用工程噬菌体组成的鸡尾酒疗法缓解了患者术后多耐型脓肿分枝杆菌感染的症状。
（2）2022年，美国科罗拉多大学的Jerry A.Nick等人再次使用工程噬菌体根治了耐药结核分歧杆菌肺部感染，从而挽救了一名等待肺移植的年轻囊性纤维化患者。

人工生命体合成需要两个关键步骤：基因组合成和激活。费时费力费钱，噬菌体无疑是最佳的研究载体之一。

人工生命体研究发展历程

2003年

克雷格·文特尔研究所（美国）首次实现噬菌体φX174全基因组（5.3 Kb）从头合成和激活。

2008年

克雷格·文特尔研究所（美国）实现生殖道支原体（Mycoplasma genitalium）的全基因组从头合成。

2010-2021年

克雷格·文特尔研究所（美国）实现原核生物丝状支原体（Mycoplasma mycoides）的全基因组以及最小基因组合成与激活，创造了地球上第一个能正常生长、分裂的人工物种。

2011-2017年

中国、美国、英国等国多个研究机构合作实现酿酒酵母2，3，5，6，10，12号这6条人工染色体及9号染色体右臂的从头设计与合成。

2018年

上海生命科学研究院植物生理生态研究所（中国）为首的多家研究机构成功合成出全球首例单条染色体的真核生物酵母菌株。

同日，纽约大学兰贡医疗中心（美国）等研究机构也合并了酿酒酵母菌株染色体，不过最终创造的细胞中染色体有２条。

2019年

剑桥大学MRC分子生物学实验室（英国）通过人工合成、替换的方式，将大肠杆菌全基因组的64个密码子成功缩减为61个，实现全基因组水平最大规模的密码子重编写。

人工噬菌体的合成

近日，深圳华大生命科学研究院主导开发了“一锅法”新型噬菌体基因组工程平台。多个参研团队创新性地利用模式菌株为跳板，将重组、筛选、激活多个步骤集中为一体，可一次实现基因组长达156kb的噬菌体构建，大大降低了噬菌体基因组工程的门槛和难度、提高了效率和通量，同时降低实验成本与安全风险，为改造和合成噬菌体提供了便利。相关研究成果与5月23日发表于Cell Reports Methods上。

一锅法平台（Stepping-stone Host Assisted Phage Engineering ，跳板宿主辅助的噬菌体基因组工程，简称SHAPE），该方法创新性地利用模式菌株为跳板，在得到目标噬菌体的完整基因组后，进一步激活成活性噬菌体颗粒。

有两种方式来合成人工噬菌体

• （1）"从头合成"：借助Red同源重组系统将多个噬菌体基因组片段重组成完整基因组，再利用跳板宿主的激活系统，将从头组装得到的基因组转变成有活性的噬菌体颗粒。

• （2）局部编辑：借助Red同源重组系统将待改造的原始噬菌体基因组与额外感兴趣的DNA片段在指定位置进行重组，实现局部编辑。得到改造后的工程化基因组。鉴于重组效率问题，实际情况中，重组后，会同时存在原始基因组与工程化基因组，此时利用CRISPR/Cas介导的筛选系统可准确靶向识别并定向切割原始基因组，以反向筛选的方式将工程化基因组精准挑选出并保留。再利用跳板宿主的激活系统，将局部编辑得到的工程化基因组转化成有活性的噬菌体颗粒。

这种方式避免体内外组装等耗时工作，也不需要对噬菌体高毒力天然宿主进行基因操作。既降低了生物安全风险，又能以简便、经济的方式实现基因组组装、编辑和激活，从而大大提升工程噬菌体的产出效率。

有了这一平台，既可以实现“片段化DNA进，活性噬菌体颗粒出”，精准定制噬菌体的功能。随着更多跳板宿主的开发，SHAPE平台也将覆盖更多种噬菌体，这有助于抗击多重耐药菌，对细菌感染患者和噬菌体研究人员来说都是一项福音。