模块化基因组自组装T7噬菌体"注射器"靶向递送青霉素突破β-内酰胺耐药大肠杆菌

本研究针对β-内酰胺类抗生素耐药性问题，创新性地利用T7噬菌体结构组件作为载体，通过模块化基因组设计和无细胞蛋白表达技术，构建了可装载青霉素G的"噬菌体注射器"(phage syringes)。实验证明该体系能有效穿透耐药大肠杆菌(ATCC 25922)的细胞屏障，使原本失效的β- lactam抗生素恢复抗菌活性，为克服抗生素耐药性提供了新型递送策略。

　　

在人类与细菌的军备竞赛中，抗生素耐药性正将我们拖回"前抗生素时代"。β-内酰胺类抗生素如青霉素的失效尤为严峻——大肠杆菌等革兰氏阴性菌通过β- lactamase酶解、孔蛋白(porins)表达下调等多重机制构筑防御壁垒。传统噬菌体疗法虽具宿主特异性，但存在生物安全风险。这项发表在《BMC Biotechnology》的研究另辟蹊径，将噬菌体"去生物化"改造为精准递药工具。

研究团队创新性地提取T7噬菌体的结构基因模块，通过硅基基因合成(Twist Bioscience)获得线性DNA片段，利用myTXTL无细胞蛋白表达系统，在青霉素G存在条件下实现噬菌体结构的自组装。关键技术包括：1) 模块化基因组设计保留结构蛋白编码基因；2) 透射电镜(TEM)验证载体完整性；3) 尺寸排阻色谱去除<2 kDa小分子杂质；4) 标准化的抗菌敏感性测试(OD₆₀₀动态监测)和最小抑菌浓度(MIC)测定。

Rebooting T7 phages with modular genomes shows high protein concentrations
通过A₂₈₀光谱分析，含全部蛋白的噬菌体注射器(PSAP)浓度达697.847 mg/mL，显著高于标准T7噬菌体(584.702 mg/mL)。但高剂量青霉素(10μL)组(PS10P)的蛋白表达效率下降34%，提示抗生素浓度与载体组装存在平衡关系。

TEM images verify intact capsids and small molecules of T7 phage syringes
电镜显示装载1μL青霉素组(PS1P)出现直径约100 nm的二十面体头部结构，较天然T7噬菌体(60 nm)显著膨胀，并可见亚20 nm的青霉素分子残留。

Free penicillin G is ineffective against penicillin-resistant E.coli
10μL游离青霉素处理220分钟后，耐药大肠杆菌存活率仍达25.4%，证实传统给药方式失效。

Rebooted standard and synthetic T7 phages are effective against penicillin-resistant E.coli
含全部蛋白的噬菌体注射器(PSAP)使细菌存活率降至1%以下，且160分钟后OD₆₀₀出现负值，展现强效裂解能力。

Penicillin-loaded phage syringes are effective against penicillin-resistant E.coli
1μL青霉素装载组(PS1P)使细菌存活率降至3%，MIC测试显示其1000倍稀释液仍具抑菌活性，证实"特洛伊木马"策略的成功。

该研究开创性地将噬菌体改造为"智能注射器"，突破性地解决了β-内酰胺类抗生素的胞内递送难题。通过模块化基因组设计实现结构蛋白的精确编程，结合无细胞表达系统避免生物污染风险，为下一代抗菌制剂开发提供新范式。值得注意的是，抗生素装载浓度与载体效率的负相关关系提示需要优化载药比例，而电镜观察到的结构膨胀现象为理解载体-药物相互作用提供了新视角。这种"生物-化学杂合"策略既可规避噬菌体治疗的进化风险，又能重振传统抗生素的抗菌潜力，在抗击超级细菌的战场上开辟了新战线。