摘要：噬菌体,以杀菌特性而闻名的天然病毒,是地球上多样性和丰度最高的生物体。在过去100多年中,噬菌体的研究极大地推动了遗传学、分子生物学和合成生物学的发展。随着耐药超级细菌的流行,噬菌体疗法引人入胜的科学历史也被广为传颂。然而,相对于自然环境中丰富的噬菌体数量(总数为10^(31),比所有其他生物的总和还要多),目前只有少数噬菌体成功应用于对抗耐药性细菌感染及其他工程领域。当前,急需践行合成生物学从“造物致知”到“造物致用”理念,采用高通量测序和基因组精准编辑等先进生物技术来创建具有独特属性的增强变体,提高噬菌体治疗的疗效和可编程性。本文综述了近年来噬菌体基因工程改造方法的技术进展以及合成生物学助力噬菌体应用技术发展的研究动态,如按照实际需求改造噬菌体宿主范围、借助宏基因组挖掘自然界中噬菌体的广泛资源、结合多组学技术揭示噬菌体与宿主互作的分子机制、调控肠道噬菌体组维持肠道稳态以促进人体健康及利用大数据和新型人工智能指导噬菌体理性设计。总之,合成生物学正在跨时代驱动传统实验研究范式转变,结合“设计—构建—测试—学习(DBTL)循环”理性设计目标噬菌体,无论是自上而下的体系优化,还是自下而上的生命体重构,工程噬菌体的合成生物学“智造”都大有可为。

摘要：噬菌体是地球上多样性最高和最丰富的生物体,也是合成生物学研究中重要的模式生物。噬菌体基因组相对较小,结构简单,是研究基本生命过程最简单的生物系统。通过对噬菌体基因组进行编辑,乃至重新设计、合成噬菌体基因组,获得具有新的功能的噬菌体,是当前噬菌体合成生物学研究的重要内容。本文综述了当前合成生物学在解决天然噬菌体的基础研究和应用研究中的主要进展,如通过人工改造的噬菌体已成功用于提高噬菌体的侵染效率,调节噬菌体宿主范围,降低噬菌体毒性和免疫原性,提高给药后噬菌体存活周期,提高噬菌体对生物膜的降解等;此外,噬菌体展示、噬菌体辅助的持续进化和噬菌体介导的DNA转导等也成为合成生物学研究中强大的工具。总之,合成生物学的发展将为模块化设计噬菌体作为多功能生物制剂、控制多重耐药细菌、病原体检测、药物开发、菌群的调控、药物递送,甚至噬菌体纳米材料等铺平道路。