将CRISPR-Cas系统用于抗菌“基因疗法”

　　

生物通报道：CRISPR于1987年出现于日本，当时的研究人员报告称，他们在大肠杆菌基因组中发现了一种不寻常的结构，其中包含一系列重复片段，中间以独特的间隔序列隔开。后来的研究表明，间隔序列对应了感染细菌细胞的噬菌体的序列。在一些原核生物和古生物中，CRISPR和CRISPR相关蛋白（Cas）作为一种适应性免疫系统，抵御入侵的噬菌体和质粒。在之后的文章中，科学家将CRISPR系统描述成一种独特的RNA沉默系统，通过RNA的同源依赖切割来起作用。

最近，研究人员发明了一种策略，利用广受欢迎的CRISPR-Cas基因编辑系统，可选择性地杀死引发疾病或产生耐药性的细菌。了解更多……

今天我们使用的许多抗生素，都可以有效地对抗多种细菌。但是误用抗生素可导致多重耐药菌的发展，即所谓的“超级细菌”。

美国麻省理工学院的生物学和电气工程师Timothy Lu称：“让我们感到失落的一个事实是，大多数广谱抗生素目前仍在使用，我们认为有很多后果与其有关。我们想知道，是否我们能够制备具有序列特异性效果的抗菌药物。”

Lu的研究小组利用其实验室开发的噬菌体传递技术，采用CRISPR-Cas——细菌用来防止病毒攻击的一个系统——来删除攻击型基因，如NDM-1，该基因能够使细菌对多种β-内酰胺类抗生素产生耐药性。

在三株具有不同耐药性的大肠杆菌组成的一个合成分组中，该研究小组能够利用他们的新策略，选择性地靶定他们想得到的菌株，同时保持其他细菌的完整性。研究小组治疗感染一种有害大肠杆菌的蜡虫（waxworm）幼虫，并且目前在小鼠中进行研究。相关研究结果发表在最近的《Nature Biotechnology》杂志。

虽然这种CRISPR-Cas系统很简单，而且构建起来很便宜，但是将该系统有效地传递到特定细菌，并不轻松。Lu说，这是其商业发展为一种疗法的最大障碍。当前在美国，还没有批准用于人类的噬菌体传递系统。

波士顿大学生物医学工程助理教授Ahmad Khalil没有参与这项研究，但是他指出：“将这项研究工作转化为一种疗法，将需要开发某种方法来传递这些构造。尽管如此，这项工作仍然代表了抗菌‘基因疗法’一个非常有趣的范例。”

另外一个研究小组在《Nature Biotechnology》发表的一项研究，描述了一种相同的方法来杀死恶性的、但无致病力的金黄色酿脓葡萄球菌（Staphylococcus aureus）。

这两个研究小组都为他们的新靶向系统，申请了专利。

（生物通：王英）

延伸阅读：Nature子刊：用CRISPR系统编辑疟原虫基因组

生物通推荐原文：
1. Citorik RJ, Mimee M, Lu TK. Sequence-specific antimicrobials using efficiently delivered RNA-guided nucleases. Nat Biotechnol. 2014 Sep 21. doi: 10.1038/nbt.3011.

2. Bikard D, Euler CW, Jiang W, Nussenzweig PM, Goldberg GW, Duportet X, Fischetti VA, Marraffini LA. Exploiting CRISPR-Cas nucleases to produce sequence-specific antimicrobials. Nat Biotechnol. 2014 Oct 5. doi: 10.1038/nbt.3043.