综述:靶向细菌的CRISPR–Cas疗法

【字体: 时间:2025年05月15日 来源:Nature Reviews Bioengineering

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  这篇综述系统阐述了如何利用CRISPR-Cas(规律间隔成簇短回文重复序列-相关蛋白)技术精准靶向细菌基因组,为抗感染治疗和微生物组调控提供新策略。作者详细解析了DNA/RNA靶向工具设计、噬菌体递送等关键技术突破,并探讨了其在耐药菌清除和肠道菌群编辑中的转化前景。

  

Abstract
源自原核生物CRISPR-Cas(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)免疫系统的技术革命,使精准切割和修饰目标核酸序列成为可能。这项技术不仅用于人类基因编辑,更可设计特异性靶向定植于人体的致病菌和共生菌,为感染治疗和微生物组调控开辟全新路径。

工程化CRISPR–Cas工具箱
通过改造CRISPR-Cas系统,研究者已开发出两类精准干预策略:DNA靶向的Cas核酸酶(如Cas9)可物理切割细菌染色体,导致致命性DNA双链断裂;而RNA靶向的Cas13效应蛋白则通过降解特定mRNA实现基因沉默。实验证实,针对金黄色葡萄球菌mecA基因(编码青霉素结合蛋白2a)的CRISPR-Cas9系统,可使耐甲氧西林菌株恢复抗生素敏感性。

递送系统的突破
有效递送是临床应用的关键瓶颈。噬菌体载体因其天然侵染特性成为首选,改造后的λ噬菌体可将CRISPR-Cas元件递送至90%的大肠杆菌种群。接合转移系统则通过质粒在菌群间水平传播编辑器,单次给药即可实现持续编辑效果。值得注意的是,胞内屏障如限制修饰系统会降解外源DNA,采用密码子优化和抗限制酶包装策略可显著提升工具存活率。

治疗应用前景
在艰难梭菌感染模型中,靶向毒素基因tcdB的CRISPR-Cas3显著降低宿主炎症反应。更令人振奋的是,通过编辑脆弱拟杆菌的futC基因(调控宿主免疫识别),成功重塑了肠道菌群-宿主互作网络。当前挑战在于提高体内递送效率并避免脱靶效应,但已有4项针对尿路感染病原体的CRISPR抗菌剂进入临床前评估阶段。

这项技术正从实验室走向临床,其独特优势在于可编程性——只需更换向导RNA即可切换靶标,相比传统抗生素更具精准性。随着递送技术的持续优化,CRISPR-Cas疗法有望成为对抗超级细菌和调控生态菌群的新一代智能武器。

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