利用噬菌体病毒选择性感染和杀死致病菌,这种方法被称为噬菌体疗法。目前,噬菌体筛选的主要手段是基于光学的测定。然而,这些方法在复杂介质中,例如有色溶液、不均匀混合物或高粘度样品中,效果有限。

为应对这些挑战,研究人员采用基于生物层干涉技术(Biolayer interferometry,BLI)的赛多利斯Octet非标记分子互作分析系统,建立了噬菌体层干涉术(Phage-layer interferometry,PLI)作为噬菌体伴随诊断方法。

PLI不仅是一种定量的噬菌体筛选方法,同时也可以作为细菌检测平台。PLI易于自动化,并且能够在复杂、不透明的介质中发挥作用,例如婴儿配方奶粉。PLI方法的建立,将对预防食源性疾病及对抗抗生素耐药性(AMR)产生直接而广泛的影响。那么,PLI技术是如何诞生的呢?让我们继续探讨!

打开网易新闻 查看更多图片

PLI方法开发

鉴于噬菌体T7展现出极高的治疗潜力,研究者因此选择其来合成噬菌体功能化的BLI传感器,用作PLI噬菌体生物传感器的原型。首先,将纯化的T7进行生物素化,并通过透析法去除多余生物素,然后T7-bio就可以固化在SA传感器上。

打开网易新闻 查看更多图片

研究人员通过扫描电子显微镜(SEM)进一步确认了传感器表面的T7的功能化不受影响。固化后的噬菌体平均长度和直径分别为85±15nm和66±11nm,与之前研究报道的3D 冷冻电子断层扫描衍生模型计算出的尺寸非常吻合。由于赛多利斯Octet生物传感器是由玻璃光纤制成,可以在SEM下直接观察。

打开网易新闻 查看更多图片

PLI方法评估

噬菌体宿主范围筛选:将T7传感器浸没在细菌肉汤培养物中,通过PLI信号随时间的变化研究噬菌体-宿主动力学。使用敏感菌株BW25113和耐药菌株BW25113 ΔwaaCΔtrxA进行测试,发现BW25113与T7传感器的结合信号更强。重复试验证实了PLI的高重复性。这一发现证明,PLI在研究噬菌体宿主范围时,可以通过比较噬菌体结合能力参数进行有效筛选。

打开网易新闻 查看更多图片

量化噬菌体感染参数(如宿主结合和潜伏期):在细菌结合后,传感器经过洗涤,并在LB培养基中孵育,以测量裂解动力学。由于细菌解离,BW25113和BW25113 ΔwaaCΔtrxA的前期检测信号略有下降。120分钟后,BW25113信号急剧增加后迅速降低,表明噬菌体感染引起细菌肿胀后裂解(划重点!在解离观察到信号起伏就说明细菌被噬菌体裂解了!)。而BW25113 ΔwaaCΔtrxA没有产生“裂解”信号。考虑到PLI是实时检测,因此可以在PLI中观察到单个感染周期,并推断出噬菌体的潜伏期。T7在室温下的潜伏时间为193 ± 26分钟。通过PLI测定潜伏期相比传统方法操作更为简单。

打开网易新闻 查看更多图片

研究人员还通过SEM确认了传感器的细菌裂解碎片上覆盖着T7(白色颗粒),从而证实噬菌体传感器诱导的细菌裂解。

打开网易新闻 查看更多图片

PLI实战1—能被噬菌体裂解的细菌筛选

研究人员使用ECOR集合(包括来自世界各地的大肠杆菌菌株)中的30种细菌筛选T7宿主范围,并与传统的噬菌体筛选方法DLA(双琼脂覆盖试验)进行对比。结果显示,PLI比传统方法具有更高的灵敏度。例如,ECOR-16在DLA测定中未被确定为敏感,但在PLI检测中观察到裂解信号后,重新分析DLA培养皿,在最浓缩的稀释度下显示出小斑块。这表明,PLI在测量噬菌体宿主范围方面更具优势,并且更易于比较噬菌体感染参数,如宿主结合动力学和潜伏期,从而实现更标准化的噬菌体候选物筛选过程。

打开网易新闻 查看更多图片

PLI实战2—奶粉中诊断细菌

由于噬菌体通过结合细菌来诊断细菌的存在,而赛多利斯的Octe分子互作分析系统和生物传感器具有在复杂样品中检测的能力,研究人员将PLI用于检测婴儿配方奶粉中的细菌污染。婴儿配方奶粉是不透明的,传统的光谱方法难以分析。将T7生物传感器浸入婴儿配方奶粉中检测时,与未污染的奶粉相比,受污染的奶粉的结合信号更高。在LB培养基中解离后,观察到受污染的奶粉检测信号存在裂解特征,而未污染的奶粉仅显示非特异性结合分子从传感器表面的解离信号。

打开网易新闻 查看更多图片

赛多利斯的Octet分子互作分析系统还提供其他配套的传感器固化病毒,比如本文还用AR2G(氨基偶联)传感器结合带正电荷的聚乙烯亚胺(PEI)聚合物,再捕获与噬菌体结合的细菌,并进行检测,其结果与生物素化后固化在SA传感器结果类似。

打开网易新闻 查看更多图片

关于病毒的固化秘诀,请查看:《传感器上固化病毒的正确姿势》

以上就是BLI转变为PLI的全过程。PLI适合于复杂样本检测和长时间(400-500分钟)细菌裂解动力学监测,主要得益于Octet分子互作分析系统的技术特点。它的浸入即读模式使检测样本不受限制,无流路的设计在长时间检测时节省了大量样本。这些优势使得PLI在复杂样品的细菌检测中表现出色。

除了以上优势,Octet分子互作分析系统(BLI)还具备以下特点:非标记Direct Binding是当前的趋势,不需要标记和信号放大,可以更好地保持反应物的活性。它能够快速测定亲和力,提供结合速率常数和解离速率常数,从而更加定量化地表征分子互作。Octet分子互作分析系统无洗涤步骤,可以测定弱亲和力(解离快)的分子。这种技术已被写入美国药典,相关文章众多,获得了广泛认可。作为一种万金油技术,Octet分子互作分析系统不仅适用于检测小分子和蛋白质等各种生物分子,还可以检测细菌和噬菌体。此外,Octet分子互作分析系统操作简便,耗材及维护成本低。这些特点使其在生物分子检测中表现出色,成为广泛应用的工具。