[发明专利]一种新型抗噬菌体元件及其应用

说明书

本发明公开了一种新型抗噬菌体元件及其应用。所述的新型抗噬菌体元件，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。本发明中发现的新型的抗噬菌体元件不但可以扩充噬菌体抗性元件库，增强对抗噬菌体元件成员的认识，还可以将其用于改造大肠杆菌，以增强对不同噬菌体的抗性，具有极强的发酵工业应用价值。

技术领域

本发明属于生物领域，具体涉及一种新型抗噬菌体元件及其应用。

背景技术

噬菌体是侵染细菌的病毒，也是生物圈中丰度最高的生命形式。宿主细菌特别是致病菌和环境菌在与噬菌体博弈的过程中进化出了多种多样且设计精妙的抗噬菌体元件。比较经典的抗噬菌体元件包括修饰限制系统和CRISPR-Cas系统。修饰限制系统在75％的细菌基因组中广泛存在的修饰限制系统，它们通常由DNA甲基转移酶，限制性内切酶和靶标识别模块组成，可以快速识别和降解特定的噬菌体来源的核苷酸。CRISPR-Cas系统在宿主细菌被噬菌体侵染时，会将自身的CRISPR序列整合进噬菌体基因组，在后续感染过程中，宿主菌的凋亡蛋白酶能够对其特异性序列进行快速地检测以及剪切，以达到抗噬菌体效果。此外，近几年研究比较关注的抗噬菌体元件还包括逆转录子系统、毒素-抗毒素系统等，可以在噬菌体侵染宿主细菌的各个不同阶段发挥抑制作用，其中涉及噬菌体的吸附、注入侵染、复制、释放等过程。泛基因组测序技术的快速发展使得更多的新抗噬菌体元件被发现，这些元件通常由相邻的两个或多个基因成簇存在。此外，相关研究发现，编码防御系统的基因在可变基因组岛中频繁出现或与移动遗传元件相关。最近研究发现，海洋弧菌中内源性可移动遗传元件介导细菌的抗噬菌体进化，单个细菌基因组中的防御元件可以高达6到12个，表明噬菌体防御元件的保护是可累积的，防御元件占可变非核心基因组的90％以上，这也就解释了为什么很多相似细菌基因组最大的差别在于可移动遗传元件的组成和数量。引起大家关注的是，这些可移动遗传元件在细菌间的传播速度也相当快。基于抗噬菌体元件的广泛存在和快速传播的特点，可对其进行技术推广应用。CRISPR-Cas9基因编辑技术对医疗产业的影响巨大，然而虽然不同类型的抗噬菌体元件逐渐被发现，但关于其在发酵工业以及噬菌体治疗过程中的应用报道仍旧缺乏。

发酵工业中烈性噬菌体污染通常采用常规的方法进行预防，比如轮换菌种、通风质量、筛选噬菌体受体突变的抗性菌株等，但是这些方法治标不治本，而且在有新的噬菌体存在时仍然会导致生产受损。此外，环境中存在多种多样的温和噬菌体，它们侵染宿主后，将其基因组整合到宿主基因组中，沉默下来，在特定环境刺激性进入裂解循环，这种温和噬菌体的污染很难被察觉，但会降低生产效率，部分可能会导致生产失败。高效抗噬菌体的新元件的发现和改造不但可以为发酵工业开发基于噬菌体-宿主互作的抗噬菌体产品提供理论依据和资源，也可以开发针对抗噬菌体元件的相关医疗药剂，在辅助噬菌体治疗抗生素耐药菌方面具有重要的现实意义。

噬菌体时时刻刻都在寻找宿主细菌并试图完成侵染过程，可谓是无孔不入。在工业发酵生产上，工程菌株特别是大肠杆菌容易被噬菌体污染，而污染后的噬菌体如果烈性不强，甚至会整合到宿主基因组，以温和噬菌体形式与宿主共存，很难被检测出来。它们像定时炸弹一样存在，随时可能会被激活进而进入裂解循环，杀死宿主，造成巨大的经济损失。此外，噬菌体是抗生素抗性基因、宿主正常代谢干扰基因的重要传播者，是制约生产进程的主要因素之一。宿主细菌在与噬菌体的斗争过程中进化出了多种多样的抵抗噬菌体遗传元件，但多数是通过高通量筛选的方法鉴定的，缺乏系统性认知。如果想开发利用这些抗噬菌体元件，辅助发酵工业生产过程，就需要对它们抵抗噬菌体侵染的功能和机制进行详细的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一类新类型的抗噬菌体元件，其可以增强底盘细胞抗噬菌体侵染的效果。

本发明是挖掘一类新类型的抗噬菌体元件，检测它的抗噬菌体效果，分析它分布的广度，并将不同来源的该元件转入大肠杆菌，检测对不同大肠杆菌噬菌体的抗性情况，以实现通过对底盘细胞的改造达到增强底盘细胞抗噬菌体侵染的效果，从而实现了本发明的目的。