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利用 CRISPR 基因编辑,可对付具抗药性的金黄色葡萄球菌

2024-11-01 211

金黄色葡萄球菌是一种在环境或人体都相当普遍存在的细菌,健康情况下并不会引发什么严重症状。但由于抗生素滥用,有些金黄色葡萄球菌的菌株已形成抗药性,当免疫系统式微时,即使没有伤口也可能受抗药性金黄色葡萄球菌感染。如何对抗“超级细菌”一直是医学界相当头痛的难题。

最近,科学家研发一种对付抗生素耐药性(antibiotic-resistance)金黄色葡萄球菌的新方法。利用微生物会互换基因来使自己变得更有害的天性,把细菌中带有危险特征的 DNA 片段去掉,转而消灭细菌。

称为致病岛(pathogenicity islands)的 DNA 片段可在细菌菌株之间跳跃,引入使菌株更有害的毒素生成基因。所谓致病岛是指微生物透过基因水平转移获得的一种基因组岛(Genomic island),通常出现在动物和植物的病原体微生物基因组里。致病岛可以透过噬菌体(bacteriophage)、质体(Plasmid)或转座子(Transposon)接合来达到基因转移。因此,致病岛能促进微生物进化。

科学家现在用小鼠能杀死金黄色葡萄球菌的基因取代毒素生成基因,来修饰致病岛。研究人员在《自然─生物技术》(Nature Biotechnology)期刊说,如果这种方法适用于人类,它可以当作传统抗生素的替代品,有朝一日可用来对付致命抗药性葡萄球菌菌株。

科学家想到:若将 DNA 片段绑在一起,便可以容易进入细菌传递新的基因。研究人员将这些 DNA 包裹得像特洛伊木马送进细菌中,再透过基因编辑工具 CRISPR/Cas9 在特定位置剪切 DNA,取代原本的毒素生成基因。

第一个实验版本中,Cas9 切割葡萄球菌的 DNA 以杀死细菌。另一个版本,修饰过的 CRISPR/Cas9 不进行任何切割,而是透过 Cas9 与可控制葡萄球菌危险程度的基因结合,进而降低感染效果。

美国尚未批准无人机治疗

研究人员测试这些载有 DNA 的包裹,它们在小鼠中被称为“无人机”(drone),将这两种版本个别注射到老鼠皮下时,均能阻止老鼠生成脓肿(abscess)。且接受第一个版本注射的小鼠(也就是被 Cas9 切割的葡萄球菌),尽管体腔内注入原先应造成死亡的金黄色葡萄球菌,这些小鼠仍免于一死。

所谓无人机治疗(drone treatment)有点类似于噬菌体治疗(phage therapy)。噬菌体是一种专门感染细菌的病毒,噬菌体疗法被视为抗生素的替代品,患者被施予好几种不同噬菌体,能用于对付具多重抗药性的细菌。但到目前为止,这种疗法还是一种实验性治疗,在美国尚未被批准使用,东欧则已很常见。

但纽约大学医学院(New York University School of Medicine)的微生物学家、也是共同作者 Richard Novick 认为,无人机疗法更简单。“噬菌体若要杀死细菌,必须要在细胞内复制。但是对无人机,它所需做的就是表达一个关键基因,这便足以杀死细菌。”

维吉尼亚联邦大学医学院(Virginia Commonwealth University School of Medicine)微生物学家 Gail Christie 没有参与这项研究,但他也表示:“这是一个能有效针对葡萄球菌治疗的方法。”

然而,细菌的抗药性可能仍是新方法需要面对的问题。有些在小鼠体内的细菌菌株对这两种版本的处理都没有反应,Novick 表示,如果无人机疗法最终能发展到临床,患者可能需接受好几种不同方式靶向细菌的无人机。

下一步将测试该治疗系统在其他由葡萄球菌引起的感染如肺炎(pneumonia),是否也有效。

  • Smuggling a CRISPR gene editor into staph bacteria can kill the pathogen
  • Bacteriology and the Definition of Pathogenicity

(首图为电子显微镜图像,紫色球体为金黄色葡萄球菌,正被白血球摄入;来源:Flickr/NIAID CC BY 2.0)

2019-03-11 05:31:00

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