CRISPR被重新用于开发更好的抗生素

抵抗目前抗生素的致病病原体是一个日益严重的问题,估计危及数百万人的生命,每年花费超过20亿美元在美国“我们需要做的是找出这些细菌的新弱点,”杰森·彼得斯说,威斯康辛大学麦迪逊分校制药科学教授,他开发的新系统。

这种被称为Mobile-CRISPRi的技术，可以让科学家在各种致病菌中筛选抗生素功能。通过一种细菌性的形式，研究人员将Mobile-CRISPRi从实验室常见的菌株转移到不同的细菌中，甚至包括一种很少被研究的在奶酪皮上生存的微生物。这种易于转移的技术对于研究任何数量的致病或促进健康的细菌的科学家来说都是一个福音。

Peters与Carol Gross、Oren Rosenberg以及加州大学旧金山分校和其他机构的其他同事一起设计和测试Mobile-CRISPRi。该系统减少了靶向基因产生的蛋白质，使研究人员能够确定抗生素是如何抑制病原体生长的。这些知识可以帮助指导研究，以克服对现有药物的耐药性。

CRISPRi

研究人员利用了越来越流行的分子工具CRISPR，但采用了一种独特的方式。“大多数人一想到CRISPR，就会想到基因编辑，”Peters说。他在威斯康辛大学麦迪逊分校获得了博士学位，最近加入了药学院，担任助理教授。“但那不是我的工作。”

通常情况下，CRISPR系统瞄准一个基因，将DNA切成两半。在细胞修复损伤的同时，基因可以被编辑。但彼得斯和他的合作者们使用的是一种被称为CRISPRi的CRISPR的变节形式。CRISPRi被设计成不能切割DNA。相反，它只是坐在DNA上，阻止其他蛋白质进入并启动一个特定的基因。结果是基因的表达量降低，编码的蛋白质数量减少。

研究人员发现，如果细菌减少了抗生素所针对的蛋白质的数量，它们就会对较低水平的药物变得更加敏感——这是基因和药物之间存在关联的证据。通过这种方法，可以一次筛选出数千个基因作为潜在的抗生素靶点，帮助科学家了解抗生素的工作原理以及如何改进它们。

为了使CRISPRi可移动，研究人员开发了一种方法，将该系统从常见的实验室模型，如大肠杆菌，转移到通常更难研究的致病物种。Peters的团队转向细菌连接和交换DNA的一种自然方式，一种被称为接合性的细菌性别。前威斯康星大学麦迪逊分校遗传学教授约书亚·莱德伯格发现了共轭，这为他赢得了1958年的诺贝尔奖。“你基本上把细菌混合在一起，然后就发生了，”Peters谈到接合时说。“没有比这更容易的了。”

通过结合，Peters的团队将Mobile-CRISPRi转移到假单胞菌、沙门氏菌、葡萄球菌和李斯特菌等病原体上。“这意味着你现在可以研究抗生素是如何直接作用于这些病原体的，”彼得斯说。“这可以给我们提供更好的线索，了解这些药物如何在不同的生物体中发挥作用，以及我们可能做些什么来让它们更好。”

棋子的作用

对Mobile-CRISPRi移动能力的真正考验来自奶酪。随着奶酪的老化，它会形成自己的微生物景观。科学家们刚刚开始研究奶酪上的细菌和真菌的多样性，正是这些细菌和真菌造就了奶酪的复杂风味。2010年，彼得斯的合作者、加州大学圣地亚哥分校的雷切尔·达顿(Rachel Dutton)在一种法国奶酪的外皮上发现了干酪弧菌(Vibrio casei)。

操纵已建立的实验室细菌(如大肠杆菌)的基因很简单，但通常没有方法研究最近从环境中分离出来的细菌(如干酪V.)的基因。但是Mobile-CRISPRi很容易被转移到菌株中，这为了解细菌如何在奶酪中生存和帮助奶酪老化开辟了新的途径。作为概念的证明，V. casei认为Mobile-CRISPRi应该对任何数量的以前未得到充分研究的细菌都有用，包括那些伤害我们的细菌和那些我们依赖的细菌。

现在彼得斯正在把Mobile-CRISPRi提供给其他研究人员来研究他们选择的细菌。彼得斯说:“所以现在社区完全可以使用它。”“现在，这给人们提供了一条前进的道路。”