利用反向遺傳學產生的特異性抗體捕獲不可培養的細菌

　　細菌和古生菌構成了生命世界的絕大部分，但是它們中的絕大部分物種，包括與人類有密切關聯的物種，從未被分離或培養過。

　　對來自自然微生物群體的DNA進行測序已可以鑒定以前未知的分類群（taxa），在某些情況下還提供了有關這些有機體的詳細基因組信息。然而，美國加州大學圣地亞哥分校微生物學家Karsten Zengler說，擁有序列數據就像“擁有機器的零件清單”。這“并不能告訴你這臺機器將做什么。”

　　為了更好地了解微生物的生理學和功能，科學家們需要研究活的樣本，或至少研究整個細胞。為此，在一項新的研究中，美國橡樹嶺國家實驗室微生物遺傳學家Mircea Podar及其同事們研究了未培養微生物（uncultured microbe, 即不能在實驗室培養的微生物）的序列數據，以便設計工具來捕獲這些微生物。相關研究結果近期發表在Nature Biotechnology期刊上，論文標題為“Targeted isolation and cultivation of uncultivated bacteria by reverse genomics”。

　　圖片來自Nature Biotechnology, 2019, doi:10.1038/s41587-019-0260-6。

　　通過著重關注存在于人類口腔中的細菌，Podar及其研究團隊將來自未培養微生物的可用序列數據與先前可培養細菌（cultured bacteria）的序列進行比較，以鑒定潛在的細胞表面蛋白。隨后，他們利用潛在的細胞表面蛋白盡可能地選擇未培養微生物特有的肽片段，并將這些肽注射到兔子中以產生針對它們的抗體，利用熒光標記物標記這些抗體。將這些熒光標記抗體添加到來自人類唾液的微生物樣本中，就可檢測出具有相應表面蛋白的細菌，并通過熒光激活細胞分選術（FACS）分離出它們。

　　Podar團隊分離出兩種不同的以前不能培養的口腔細菌：TM7和SR1。他們通過使用精心選擇的培養基來培養這兩種口腔細菌。除了富集這兩種靶細菌本身外，這種抗體介導的技術還提取出與TM7和SR1存在物理關聯性的特定類型的細菌。實際上，對TM7和SR1的成功培養的部分原因可能是共分離它們的生長所需的其他微生物。

　　Podar說，雖然原則上這種技術可能可應用于任何細菌，但是對每種新的靶菌株，人們必須仔細設計用于產生抗體的肽。這種設計是在與其他微生物的已知表面蛋白的相似性與對靶微生物的潛在表面蛋白的特異性之間保持一種謹慎的平衡。因此，他說，“它永遠不會成為工具包。”相反，“這是一種可以增加你成功機會的指導性方法。”

　　利用這種稱為反向遺傳學（reverse genetics）的技術，科學家們可以獲得特異性的抗體來捕獲以前不可培養的微生物。Zengler（未參與這項研究）說，這種技術“將幫助我們獲得更多的可培養微生物，并且更多地了解我們僅從基因組指紋中了解的微生物的信息”。