受大自然启发的病毒形成有生命的"向日葵"来对抗疾病
麦克马斯特大学的研究人员发现，在特定条件下处理的噬菌体能形成花状结构，这种结构能高效地靶向细菌，为治疗和检测疾病提供了新的可能性。
一组噬菌体自发形成花朵状的彩色电子显微镜照片。 图片来源：麦克马斯特大学
麦克马斯特大学的一个研究小组经常研究噬菌体（一种吃细菌的病毒），他们在准备幻灯片以便在强大的显微镜下观察时发现了一个惊人的发现。在对噬菌体（非正式地称为噬菌体）样本进行处理，以便在电子显微镜下观察它们的活体之后，研究人员惊讶地发现，它们已经形成了类似向日葵的三维形状，但宽度只有十分之二毫米。
只需稍加提示，大自然就产生了该领域专家几十年来一直试图人工创造的结构类型--事实证明，这种结构在寻找难以捉摸的细菌目标方面的效率要比未连接的噬菌体高出 100 倍。
研究人员认为，创造这种结构的能力为检测和治疗多种形式的疾病提供了可能性，而这一切都需要使用天然材料和工艺。
《先进功能材料》杂志最新发表的一篇文章详细介绍了他们的研究成果。
揭开独特病毒形态的面纱
最初的发现是实验室日常工作中的一次意外。
样本噬菌体在制备过程中会受到温度或溶剂的影响而杀死病毒，而第一作者田磊和他的同事们并没有将样本噬菌体暴露在典型的制备过程中，而是选择用高压二氧化碳对其进行处理。 田雷现在是中国东南大学的首席研究员，他在麦克马斯特大学攻读博士生和博士后研究员期间领导了这项研究。
虽然研究人员已经习惯于看到微小的病毒做出惊人的举动，但在治疗后，他们惊奇地发现噬菌体以如此复杂、自然和非常有用的形式组合在一起。
"我们试图保护这种有益病毒的结构，"田说。"这就是我们要克服的技术挑战。 我们得到的就是这种由大自然自己创造的神奇结构。"
研究人员利用位于麦克马斯特的加拿大电子显微镜中心的设施捕捉到了这种结构的图像，并在过去两年里揭开了这一过程的神秘面纱，展示了这种新结构如何在科学和医学领域发挥非常有用的作用。
论文通讯作者托希德-迪达尔（Tohid Didar）是一名机械工程师，担任加拿大纳米生物材料研究主席，他说："这是一个意外的发现。当我们把它们从高压室中拿出来，看到这些美丽的花朵时，我们完全惊呆了。 我们花了两年时间才发现这种情况是如何发生的以及为什么会发生，这也为我们打开了一扇大门，让我们能够用其他基于蛋白质的材料创造出类似的结构。"
彩色噬菌体群与花朵的对比。 资料来源：麦克马斯特大学
利用噬菌体的潜力
近年来，资深作者、化学和生物医学工程师、加拿大噬菌体生物工程研究主席 Zeinab Hosseinidoust 实验室的研究人员在噬菌体研究方面取得了重大进展，他们成功地促使有益病毒像有生命的微观织物一样连接在一起，甚至形成肉眼可见的凝胶，为噬菌体的应用开辟了新的前景--尤其是在检测和抗感染方面。
不过，在最近的发现之前，人们还无法赋予这种材料以形状和深度，而现在通过花朵状结构的皱纹、波峰和缝隙，它已经拥有了这种形状和深度。
Hosseinidoust 说："这实际上是在与自然共建。这种美丽的皱褶结构在自然界无处不在。 几十年来，这种结构的机械、光学和生物特性一直激励着工程师们人为地建造这类结构，希望从中获得同样的特性。"
研究人员 Lei Tian、Zeinab Hosseinidoust 和 Tohid Didar。 资料来源：麦克马斯特大学
现在，他们已经引发了这种转变，并成功复制了这一过程，研究人员对噬菌体通过联合在一起并采取这种形式而实现的集体效率感到惊叹，他们正在探索利用相同特性的方法。
这种多孔、花朵状的噬菌体结构在寻找分散的、弥散的目标方面比未连接的噬菌体结构好 100 倍，即使在复杂的环境中也是如此，作者将它们与他们在传染病研究领域的同事创造的 DNA 酶混合在一起，利用花朵状的噬菌体结构在商业冷却塔的水中找到了低浓度的军团菌，从而证明了这一点。
噬菌体正在重新成为多种感染形式的治疗方法，因为它们可以被编程为针对特定细菌，而对其他细菌则置之不理。
上世纪中叶青霉素问世后，该领域的研究工作曾一度中断，但随着抗菌药耐药性不断削弱现有抗生素的效力，包括麦克马斯特研究人员在内的工程师和科学家们又把目光投向了噬菌体。
发现使噬菌体连接成花朵形状的过程可以增强噬菌体本已令人印象深刻的特性，既可以发现和杀死目标细菌，也可以作为其他有益微生物和材料的支架。
编译自/ScitechDaily
