改造基因使我们获得了需要的病毒。掌控了病毒改造的规律，那么对它的应用就可以拓展到我们生产和生活中的方方面面。
制造病毒电池
首先，让我们来看如何利用M13病毒颗粒来制造病毒电池。
大家都知道，两百多年来，电池已经同我们的日常生活息息相关。小到手机、照相机，大到笔记本电脑、电动汽车，电池无处不在。
在众多不同的电池中，锂电池具有许多独特的优势，比如额定电压高、自放电低、使用寿命长等。然而，锂电池在使用过程中仍然具有一些缺点，比如内阻大、成本高、待机时间仍然不够长，等等。以手机为例，目前普遍使用的锂离子电池平均待机时间一般只有几天，远远不能满足需要。那么，造成电池电量不够充足的原因在哪里呢？
先让我们看看常规锂离子电池是如何产生电的。锂离子电池由正极、负极和电解液组成。正极材料通常采用磷酸铁锂；负极采用石墨；电解液采用锂盐的有机溶剂溶液，以提供锂离子。正极材料的锂离子嵌入位点越多，电池电量越大。当常规的磷酸铁锂作为正极时，提供的锂离子嵌入位点数量还不够多，因此不能满足手机电池长时间待机的需求。在这个问题上，美国麻省理工学院的Belcher 教授研究组提出了一个奇妙的构想——开发M13噬菌体作为生物模板，来制备病毒电池！
那么，到底怎样利用病毒来构建电池呢？首先，Belcher 教授通过对M13噬菌体周身p8蛋白进行基因工程改造，使之特异性地结合磷酸铁；接着改造末端p3蛋白，使其能够特异性地“抓住”碳纳米管。最后，这些特殊的噬菌体分子进行自组装，装配成病毒电池的正极和负极石墨，之后，它们与锂盐电解液搭建成了高效的病毒电池。改造后的病毒电池如图1中所示。这种奇妙的病毒电池，具有储能高、体积小、环境友好、常温自组装等多种优点。它的功率能够比锂电池提升10倍！手机的待机时间有望保持数周甚至数月。
图1：改造后的M13 噬菌体自组装用于锂离子电池正极（左）及成功搭建的病毒电池（右）
介导靶向给药、医学诊断或检测
健康问题是全世界一直都在关注的首要问题之一。癌症、艾滋病、脑神经病变、血液疾病等各种严重威胁人类健康的重大疾病的诊断和治疗呼唤着新理念的发展和新技术的应用。在这一领域，利用病毒颗粒作为筛选手段已经成为寻找新型蛋白和多肽药物的一个强大而有力的工具，病毒颗粒作为生物模板对医疗的推动作用也同样引起了人们的强烈兴趣和关注。
噬菌体展示（phage display）技术是一种大规模生物筛选技术，通过将不同的外源多肽或蛋白与M13 噬菌体病毒的p3蛋白末端相融合，可以构建一个含有大量待筛选多肽或蛋白分子的M13病毒文库，其数量在109~1011。以某个靶向蛋白或重要物质为目标进行生物筛选，可以快速得到能和靶向目的物质特异结合的多肽或蛋白分子。这些筛选得到的分子既可以作为一种检测靶向物质的试剂，也可以作为“跟踪导弹”，在生物体内定向跑到靶向物质处。例如，癌细胞生长的关键一步，就是在血管内皮生长因子（VEGF） 与其受体（VEGFR）相结合的刺激下产生新生血管，以给癌细胞提供养料。通过噬菌体展示技术，筛选得到能与VEGFR相结合的多肽或抗体蛋白分子，就能阻断VEFG同VEGFR的结合，进而抑制癌细胞的生长。类似地，根据对癌细胞生长机理的不断研究，并找出其中的关键受体分子，就能筛选得到各种扼制癌细胞生长关键的药物分子。
此外，当前的癌症治疗方案是利用化学（化疗）或物理（放疗）的方法，来达到消灭癌细胞的目的。但这些方法就像没长眼睛的士兵，对癌细胞和正常的人体细胞不加区分，一视同仁的发起进攻，因此病人在治疗过程中会出现很多不良反应。
现在，人们已经筛选到很多能与癌细胞表面受体特异性结合的多肽或抗体分子，将这些分子连接在化疗所用的药物上，就好比给士兵添上了眼睛，可以使他们指哪打哪，选择性地去攻击癌细胞；如果将这些分子连接上成像分子，则可以通过仪器观测癌细胞的位置( 图2)，对特异性识别癌细胞的多肽药物的靶向定位研究表明， 癌细胞靶向定位多肽CK3-Cy5 和CG7C-Cy5 分子把大部分药物定向到了癌症病灶处，但也有不少集中在肾脏里，说明癌细胞靶向定位分子的筛选在未来还有很大的改进空间。
图2：(a)~(c)是分别用可见光、SPECT和CT成像的老鼠照片，箭头所指处为癌细胞所在位置
利用噬菌体展示技术，同样可以筛选到药物分子来检测、诊断和治疗对人体构成威胁的病毒和病菌，例如艾滋病毒HIV，埃博拉病毒以及各种传染性病菌。通过筛选得到的能与病原体表面抗原相结合的多肽或抗体蛋白分子，结合芯片实验室（lab-on-a-chip）技术，人们已经做出体积小巧、使用方便的病原检测试纸。同样，只要筛选出能与人体血液中各种指标分子相结合的多肽或蛋白分子，就可以制备出各种能快速检测人体健康状况的试纸。
噬菌体病毒还可以直接作为载体，用于疾病的治疗。例如，在噬菌体p3 蛋白处连接上靶向定位病原体的抗体分子，而在噬菌体p8蛋白上通过化学修饰连接上药物分子，可以构建得到一个高效的抗病菌纳米药物，比同等的普通药物分子效果高出约20,000倍！作为基因传递载体，噬菌体能够将药物基因分子运送到人体细胞中，相比于其他的基因运送载体，噬菌体对人体几乎没有任何副作用，且稳定性更好、基因运载能力更强、相对易于制备，从而有希望成为基因治疗的一个重要武器。
此外，研究人员还发现，经过基因工程改造，噬菌体模板不仅可以特异性识别或吸附金属离子，还能够特异性结合人类神经细胞，从而作为神经细胞再生的模板，用于人类的脑科疾病治疗等。