超市的条形码可以快速、轻松地识别产品，通常包括位置、数量和跟踪等有价值的信息。现在，能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的研究人员出于类似目的，开发了一种用于细菌感染病毒(称为噬菌体)的快速基因标记或表征方案。

基于获得诺贝尔奖的 CRISPR 基因编辑技术，科学家们的方法使他们能够了解噬菌体基因组的哪些部分对其功能至关重要。一旦识别出非必需区域，这些区域中的条形码将允许研究人员和临床医生快速识别和跟踪不同环境中的不同噬菌体。如果规模化，该方法将释放与农业、环境、人类健康等相关的强大生物技术应用。

例如，利用新的条形码方法，研究人员将能够追踪噬菌体，同时利用噬菌体操纵植物根部周围的微生物组，以增强植物在干旱条件下或不使用肥料的生长。他们还可以追踪用于治疗抗生素耐药性感染等严重疾病的条形码噬菌体。

“这项工作的影响是巨大的，”伯克利实验室生物科学领域的科学家、描述该方法的PLOS 生物学论文的通讯作者 Vivek Mutalik 说。“这份报告是第一份在细菌病毒中如此大规模地研究基因重要性的报告。”

穆塔利克说，他和他的合著者在全基因组范围内证明，他们可以识别对感染细菌至关重要(或不是)的噬菌体基因。这就是科学家所说的“基因必要性”。更重要的是，从一种噬菌体中获得的知识可以扩展到其他噬菌体。

Mutalik 说：“我们使用 CRISPR 干扰 (CRISPRi) 技术来降低两个模型噬菌体中的几乎每个基因，以绘制基因必要性图谱。” “通过在全基因组范围内敲低每个基因的表达，我们可以评估这两个噬菌体中的哪些基因是重要的，哪些基因对于感染周期是可有可无的[非必需]。”

Mutalik 说，CRISPRi 已用于哺乳动物和细菌系统。他补充说，这项工作为不同噬菌体的类似研究以及构建基因型到表型图谱打开了一扇大门，从而为未来的创新者提供指导。“我们还发现了噬菌体基因如何高度连接，以及敲除一个基因会影响[另一个]下游基因的表达，这种现象称为‘极性’，”他说。

穆塔利克说，虽然这似乎违反直觉，但这项最近工作的目标是寻找噬菌体基因组中的非必需基因。这也是条形码的用武之地。

“问题是，一旦我们识别出一个非必需基因，我们是否可以用一些标识符(一个独特的标签)替换它，”穆塔利克说。

“这就像在杂货店里，每件商品上都有条形码。想象一下，有人把东西掉在杂货店各处。店主如何知道去哪里把所有东西放回去?他们可以使用条形码知道哪个过道、哪里、等等。条形码有助于组织和标准化整个工作流程，并帮助我们处理集合中的不同项目。噬菌体鸡尾酒也会发生同样的情况。”

“假设我制作了一种噬菌体混合物——一种带有独特条形码的噬菌体混合物——用于应用程序，”Mutalik 继续说道。

“但是我们想要跟踪噬菌体的表现。为此，我们可以简单地找到并跟踪条形码。这个过程将帮助我们找到噬菌体混合物中的哪些噬菌体正在发挥作用，哪些噬菌体没有发挥作用。想象一下五天后我们发现特定的噬菌体混合物治疗不起作用，需要做出一些改变。”

“然后我们可以通过去除一两个噬菌体并添加一些更有趣的(​​在应用中)更好的噬菌体来改变噬菌体混合物。使用条形码噬菌体将使整个过程更加简化。”

噬菌体是地球上最丰富的生物实体。它们代表了自然界最大的遗传多样性库之一，尽管其中大部分基因功能信息尚未探索。

Mutalik 表示，新的 CRISPRi 表征方法可能有助于释放一系列有用的生物技术应用，例如农业中的病原体控制、环境修复、食品和乳制品生产、基因治疗、疫苗开发或消除医疗设备中经常形成和威胁的危险生物膜。设备功能以及患者健康状况。

噬菌体的基因功能信息就像“我们不知道如何利用的知识海洋”，穆塔利克说。“一方面，有未开发的基因信息，另一方面，还有应用空间，例如抗生素耐药性，我们需要一些紧急的解决方案。那里有很多潜在的噬菌体应用。”

穆塔利克说，尽管噬菌体具有潜力，但其特征仍然很差。在某种程度上，这是因为迄今为止，基因表征方法一直是劳动密集型的，并且特定于某些噬菌体类型，因此考虑到噬菌体的巨大宇宙，这些方法没有用处。

“如果我们想研究在不同应用中重要的数百种噬菌体的基因组结构，我们需要进一步改进这些[表征]方法，”Mutalik 说。“噬菌体研究的未来是光明的。”

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