[發明專利]一種新型抗噬菌體元件及其應用

在審

• 申請號: 202210879453.0
• 申請日: 2022-07-25
• 公開（公告）號: CN116334108A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 郭云學;王曉雪;湯開浩;古嘉瑜;林世團;林兼仲
• 申請（專利權）人: 中國科學院南海海洋研究所
• 主分類號: C12N15/54
• 分類號: C12N15/54;C12N15/78;C12N15/70;C12N1/21;C12Q1/10;C12Q1/04;C12R1/19;C12R1/385
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 劉明星;朱聰聰

本發明公開了一種新型抗噬菌體元件及其應用。所述的新型抗噬菌體元件，核苷酸序列如SEQ?ID?NO.1、SEQ?ID?NO.2、SEQ?ID?NO.3、SEQ?ID?NO.4、SEQ?ID?NO.5或SEQ?ID?NO.6所示。本發明中發現的新型的抗噬菌體元件不但可以擴充噬菌體抗性元件庫，增強對抗噬菌體元件成員的認識，還可以將其用于改造大腸桿菌，以增強對不同噬菌體的抗性，具有極強的發酵工業應用價值。

技術領域

本發明屬于生物領域，具體涉及一種新型抗噬菌體元件及其應用。

背景技術

噬菌體是侵染細菌的病毒，也是生物圈中豐度最高的生命形式。宿主細菌特別是致病菌和環境菌在與噬菌體博弈的過程中進化出了多種多樣且設計精妙的抗噬菌體元件。比較經典的抗噬菌體元件包括修飾限制系統和CRISPR-Cas系統。修飾限制系統在75％的細菌基因組中廣泛存在的修飾限制系統，它們通常由DNA甲基轉移酶，限制性內切酶和靶標識別模塊組成，可以快速識別和降解特定的噬菌體來源的核苷酸。CRISPR-Cas系統在宿主細菌被噬菌體侵染時，會將自身的CRISPR序列整合進噬菌體基因組，在后續感染過程中，宿主菌的凋亡蛋白酶能夠對其特異性序列進行快速地檢測以及剪切，以達到抗噬菌體效果。此外，近幾年研究比較關注的抗噬菌體元件還包括逆轉錄子系統、毒素-抗毒素系統等，可以在噬菌體侵染宿主細菌的各個不同階段發揮抑制作用，其中涉及噬菌體的吸附、注入侵染、復制、釋放等過程。泛基因組測序技術的快速發展使得更多的新抗噬菌體元件被發現，這些元件通常由相鄰的兩個或多個基因成簇存在。此外，相關研究發現，編碼防御系統的基因在可變基因組島中頻繁出現或與移動遺傳元件相關。最近研究發現，海洋弧菌中內源性可移動遺傳元件介導細菌的抗噬菌體進化，單個細菌基因組中的防御元件可以高達6到12個，表明噬菌體防御元件的保護是可累積的，防御元件占可變非核心基因組的90％以上，這也就解釋了為什么很多相似細菌基因組最大的差別在于可移動遺傳元件的組成和數量。引起大家關注的是，這些可移動遺傳元件在細菌間的傳播速度也相當快。基于抗噬菌體元件的廣泛存在和快速傳播的特點，可對其進行技術推廣應用。CRISPR-Cas9基因編輯技術對醫療產業的影響巨大，然而雖然不同類型的抗噬菌體元件逐漸被發現，但關于其在發酵工業以及噬菌體治療過程中的應用報道仍舊缺乏。

發酵工業中烈性噬菌體污染通常采用常規的方法進行預防，比如輪換菌種、通風質量、篩選噬菌體受體突變的抗性菌株等，但是這些方法治標不治本，而且在有新的噬菌體存在時仍然會導致生產受損。此外，環境中存在多種多樣的溫和噬菌體，它們侵染宿主后，將其基因組整合到宿主基因組中，沉默下來，在特定環境刺激性進入裂解循環，這種溫和噬菌體的污染很難被察覺，但會降低生產效率，部分可能會導致生產失敗。高效抗噬菌體的新元件的發現和改造不但可以為發酵工業開發基于噬菌體-宿主互作的抗噬菌體產品提供理論依據和資源，也可以開發針對抗噬菌體元件的相關醫療藥劑，在輔助噬菌體治療抗生素耐藥菌方面具有重要的現實意義。

噬菌體時時刻刻都在尋找宿主細菌并試圖完成侵染過程，可謂是無孔不入。在工業發酵生產上，工程菌株特別是大腸桿菌容易被噬菌體污染，而污染后的噬菌體如果烈性不強，甚至會整合到宿主基因組，以溫和噬菌體形式與宿主共存，很難被檢測出來。它們像定時炸彈一樣存在，隨時可能會被激活進而進入裂解循環，殺死宿主，造成巨大的經濟損失。此外，噬菌體是抗生素抗性基因、宿主正常代謝干擾基因的重要傳播者，是制約生產進程的主要因素之一。宿主細菌在與噬菌體的斗爭過程中進化出了多種多樣的抵抗噬菌體遺傳元件，但多數是通過高通量篩選的方法鑒定的，缺乏系統性認知。如果想開發利用這些抗噬菌體元件，輔助發酵工業生產過程，就需要對它們抵抗噬菌體侵染的功能和機制進行詳細的研究。

發明內容

本發明的目的是提供一類新類型的抗噬菌體元件，其可以增強底盤細胞抗噬菌體侵染的效果。

本發明是挖掘一類新類型的抗噬菌體元件，檢測它的抗噬菌體效果，分析它分布的廣度，并將不同來源的該元件轉入大腸桿菌，檢測對不同大腸桿菌噬菌體的抗性情況，以實現通過對底盤細胞的改造達到增強底盤細胞抗噬菌體侵染的效果，從而實現了本發明的目的。