基于CRISPRi的全基因组宿主决定因子筛选揭示噬菌体感染新机制

《Cell Systems》：Systematic genome-wide mapping of host determinants of bacteriophage infectivity

本研究针对宿主基因对噬菌体感染周期的调控机制尚不明确的难题，开发了PHAGEPACK技术。该研究通过结合CRISPR干扰（CRISPRi）与噬菌体包装系统，系统性绘制了宿主基因影响T7噬菌体适应性的全基因组图谱，不仅在许可性大肠杆菌中揭示了影响噬菌体包装的新通路，更在非许可性致病性大肠杆菌O121中识别出导致宿主抗性的关键通路，为理解噬菌体-宿主互作、细菌耐药性及噬菌体进化提供了重要见解。

　　

细菌宿主因子调控着噬菌体（bacteriophage）的感染周期。除了一些已被充分研究的因子（如受体或限制性修饰系统），宿主基因组其余部分对噬菌体感染的影响仍知之甚少。研究人员开发了一种名为“PHAGEPACK”（phage-host analysis using genome-wide CRISPR interference and phage packaging）的集合式分析方法，该系统性地全面测量每个宿主基因对噬菌体适应性（phage fitness）的影响。PHAGEPACK将CRISPR干扰（CRISPRi）与噬菌体包装技术相结合，在主动感染过程中将宿主基因扰动与噬菌体适应性联系起来。

利用PHAGEPACK，研究人员在许可性大肠杆菌（E. coli）中构建了影响T7噬菌体适应性的全基因组图谱，揭示了影响噬菌体包装的途径。当将该技术应用于非许可性大肠杆菌O121（E. coli O121）时，PHAGEPACK识别出导致宿主抗性（host resistance）的通路；去除这些通路可使噬菌体敏感性提高高达十亿倍。生物信息学分析表明，噬菌体基因组携带关键宿主因子的同源物或截短形式，这可能是为了获得适应性优势。总之，PHAGEPACK为理解噬菌体-宿主相互作用、噬菌体进化以及细菌耐药性提供了新的见解。