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我院李锦铨教授课题组发表通过包埋递送噬菌体,原位编辑肠道菌群的系统综述

作者:发布:2022-12-27点击量:

近日,我院李锦铨教授课题组在国际学术期刊Journal of Controlled Release在线发表题为“Encapsulation and delivery of phage as a novel method for gut flora manipulation in situ: A review”的综述论文。该篇论文提出将噬菌体作为“肠道菌群编辑器”的新思路,介绍了噬菌体递送调控肠道菌群的作用机制,讨论了影响噬菌体递送的重要因素和挑战,总结了各类噬菌体包埋递送载体的制备方法、结构特点及当前的研究进展,为肠道菌群编辑和疾病干预提供了重要的理论参考。

图1 噬菌体包埋递送编辑肠道菌群示意图

肠道菌群作为人体的“第八大器官”,对机体的营养代谢、抵御病原体入侵、维持肠道屏障、免疫调节等多种生理功能发挥着重要的作用。以往的诸多研究已经证实,肠道菌群失调与多种疾病的发生发展密切相关,例如炎症性肠病、结直肠癌、肥胖、抑郁症、酒精性肝炎等。因此,通过调控肠道菌群干预疾病成为当前的一个研究热点。噬菌体是一种以细菌为宿主的病毒,其主要由衣壳蛋白和核酸组成,具有高度的宿主特异性。作为细菌的天然“捕食者”,噬菌体来源十分广泛,存在于各种环境中(例如土壤、湖泊等)。烈性噬菌体能够通过裂解周期直接消灭宿主菌,而温和噬菌体能够通过溶原周期将自身基因整合至宿主染色体上(图2),这为调控细菌特定基因提供了可行方案。因此,噬菌体极具潜力用于肠道菌群的精准编辑,进而干预和治疗与菌群紊乱的相关疾病。

图2 噬菌体的裂解周期(蓝色箭头)和溶原周期(橙色箭头)

然而,作为一种“活体抗菌剂”,噬菌体的衣壳蛋白和核酸在胃肠道的苛刻条件下极易发生变性和降解,进而造成其感染能力和生物学功能的丧失。近年来,随着材料科学的进步,不同的载体已经被制备用于包埋和递送噬菌体,以提高噬菌体在结肠递送过程中的稳定性。这些载体包括:电纺纤维、乳液、脂质体、水凝胶和固体颗粒(图3)。通过合适的包埋载体,噬菌体能够在胃肠道转运过程中最大限度保留其活力、精准定量,并实现结肠的靶向释放,在不干扰肠道共生菌和益生菌的前提下裂解病原微生物或调控细菌的特定基因,促进肠道稳态的恢复,进而干预和治疗相关疾病。在本综述中,作者详细论述了各类噬菌体包埋递送载体的制备方法,结构特点以及存在的不足。同时,系统讨论和总结了近年来噬菌体包埋递送的研究现状。最后,该综述还对噬菌体包埋递送领域现存的一些问题提出了相应的解决方案,并对噬菌体递送和肠道菌群编辑未来可能的研究方向进行了展望。

图3 不同的噬菌体包埋载体及其制备过程示意图

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168365922008021;该项工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、华中农业大学-中国农业科学院深圳农业基因组研究所合作基金、农业农村部农业科研杰出人才培养计划、湖北省技术创新专项等项目的资助。

作者信息:

第一作者:杨宇帆,华中农业大学食品科技学院2021级博士研究生,研究方向为食源性病原菌感染防控。

附:通讯作者简介

李锦铨,华中农业大学教授,博士生导师。入选农业科研杰出人才培养计划和省人才计划。主持或参与国家自然科学基金、湖北省技术创新专项(中美合作)、国家重点研发计划等10余项。长期致力于人兽共患食源性病原菌的分子致病机制和噬菌体新型防控技术研究,研究成果曾被《Nature》选为研究亮点并专题报道。系统构建危害我国动物健康与动物性食品安全的重要病原菌资源库,率先提出了单核苷酸变异引发病原菌致病风险激变的理论基础,突破基于基因组大数据的新靶标高通量筛选技术,发掘人兽共患的高风险菌株的特异性检测靶点并建立检测方法。针对人兽共患病病原菌建立噬菌体库和裂解酶库,为实现我国噬菌体产业自主生产积累资源和建立生产线,相关技术可应用于替代饲料、养殖和食品加工过程所需的抗菌物质,促进动物健康与动物性食品安全。曾在中国食品学报、食品科学、EMBO Molecular Medicine、PloS Pathogens、The Journal of Infectious Diseases、Food control、International Journal of Food Microbiology发表论文40余篇,授权专利10余项。

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