科學家利用基因編輯工具CRISPR，開發更好的對抗疾病的抗生素

威斯康星大學麥迪遜分校的研究員的大學和他的合作者在加州大學舊金山分校已經改變用途的基因編輯工具CRISPR研究哪些基因是由特定的抗生素有針對性的，提供了關於如何提高現有抗生素或開發新的線索。

致病病原體對目前抗生素的耐藥性是一個日益嚴重的問題，據估計，美國每年造成數百萬人喪生，每年花費超過20億美元。

「我們需要做的是弄清楚這些細菌的新弱點，」開發新系統的威斯康星大學麥迪遜製藥科學教授傑森彼得斯說。

這項名為Mobile-CRISPRi的技術使科學家能夠篩選各種致病菌的抗生素功能。

研究人員利用一種細菌性的形式將Mobile-CRISPRi從常見的實驗室菌株轉移到不同的細菌中，甚至包括一些研究不多的微生物，使其成為乳酪的家。這種易於轉移使得該技術成為科學家研究任何導致疾病或促進健康的細菌的福音。

Peters與Carol Gross，Oren Rosenberg以及加州大學舊金山分校和其他機構的其他同事一起設計和測試了Mobile-CRISPRi。該系統減少了靶基因中蛋白質的產生，使研究人員能夠確定抗生素如何抑製病原體的生長。這些知識可以幫助指導研究克服對現有藥物的抵抗力。

研究人員於1月7日在「 自然微生物學 」雜誌上發表了他們的研究結果。他們利用日益流行的分子工具CRISPR，但以獨特的方式。

「大多數人，當他們考慮CRISPR時，會考慮基因編輯，」彼得斯說，他在威斯康星大學麥迪遜分校獲得博士學位，最近加入了藥學院擔任助理教授。「但這不是我做的事。」

通常，CRISPR系統被靶向一個基因，在那裡它將DNA切成兩半。當細胞修復損傷時，可以編輯基因。

但彼得斯和他的合作者使用被稱為CRISPRi的一種被摧毀的CRISPR形式。CRISPRi已被設計為無法切割DNA。相反，它只是坐在DNA上，阻止其他蛋白質進入並打開特定基因。結果是基因的表達降低，並且其編碼的蛋白質的量減少。

研究人員表明，如果他們減少抗生素靶向蛋白質的數量，細菌對較低水準的藥物變得更加敏感 - 這是基因和藥物之間關聯的證據。一次可以將數以千計的基因篩選為潛在的抗生素目標，幫助科學家了解抗生素的工作原理以及如何改善抗生素。

為了使CRISPRi移動，研究人員開發了將系統從大腸桿菌等常見實驗室模型轉移到致病物種的方法，這些物種往往更難研究。彼得斯的團隊轉向了細菌連接和交換DNA的自然方式之一，這是一種叫做結合的細菌性。前威斯康星大學麥迪遜遺傳學教授Joshua Lederberg發現了結合，這使他在1958年獲得諾貝爾獎。

「你基本上將細菌混合在一起就會發生，」彼得斯談到結合。「它並沒有那麼容易。」

使用綴合，Peters的團隊將Mobile-CRISPRi轉移到病原體Pseudomonas，Salmonella，Staphylococcus和Listeria等。

「這意味著你現在可以研究抗生素如何在這些病原體中直接起作用，」彼得斯說。「這可以讓我們更好地了解這些藥物在不同生物體中如何發揮作用，以及我們可以做些什麼來使它們更好。」

Mobile-CRISPRi移動性的真正考驗來自乳酪。

隨著乳酪的老化，它會策劃自己的微生物景觀。科學家們剛剛開始研究乳酪中細菌和真菌的巨大多樣性，這有助於它們的複雜口味。2010年，彼得斯的加州大學聖地亞哥分校的合作者Rachel Dutton在法國乳酪的外皮上發現了其中一種細菌乾酪乳桿菌（Vibrio casei）。

操縱基因在已建立的實驗室細菌（如大腸桿菌）中很簡單，但通常無法研究最近從環境中分離出的細菌中的基因，如乾酪乳桿菌。但Mobile-CRISPRi很容易轉移到菌株中，為了解細菌如何定殖並幫助老化乳酪開闢了新的途徑。作為一個概念驗證，V。casei認為，Mobile-CRISPRi應該對任何先前未充分研究的細菌有用，包括那些傷害我們和我們依賴的細菌。

現在Peters正在向其他研究人員提供Mobile-CRISPRi來研究他們選擇的細菌。

「所以現在它將完全可供社區使用，」彼得斯說。「現在這給了人們前進的路線。」