CRISPR 的另类用途

来源: 生物360 / 作者: 伍松 / 时间: 2019-01-15
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由致病病原体引起的对现有抗生素的耐药性是一个日益严重的问题。据估计,在美国,这一问题危及数百万人生命,每年造成损失超过 20 亿美元。

“我们需要做的是,找出这些细菌的新弱点,” 威斯康辛大学麦迪逊分校制药科学教授 Jason Peters 说,他开发了这个新系统。

该技术被命名为 Mobile-CRISPRi,科学家用它可以在各种致病细菌中筛选出抗生素的功能。研究人员利用一种细菌繁殖活动,将来自普通实验室菌株的 Mobile-CRISPRi 转入多种细菌,例如奶酪外皮上安家的很少有研究的微生物。

Peters 与 UCSF 的 Carol Gross 与 Oren Rosenberg 等人一起设计和测试了 Mobile-CRISPRi。该系统减少了目标基因的蛋白质生产,使研究人员确定抗生素是如何抑制病原体的生长。这些知识可以帮助指导研究如何克服现有药物的耐药性。

1 月 7 日 Nature Microbiology 杂志发表了他们的研究,该发现以一种独特的方式利用了越来越流行的分子工具 CRISPR。

“大多数人想到 CRISPR 就会想到基因编辑,”Peters 说。“但这不是我要做的。” 通常情况下,CRISPR 系统的目标是一个基因,它将 DNA 分为两个部分,当细胞修复损伤时,基因得以被编辑。

新研究采用了 CRISPR 的损坏形式,即 CRISPRi。CRISPRi 被设计成不能切割 DNA,相反,它只停留在 DNA 上,阻止其他蛋白进入或打开特定基因,结果是使基因表达降低,编码蛋白数量减少。

研究表明,如果减少抗药性靶向的蛋白质量,细菌就会对低剂量的药物更加敏感——这是基因与药物之间存在关联的证据。通过这种方法,一次可以筛选数千个基因作为潜在的抗药性靶点,帮助科学家了解抗生素是如何工作以及如何改进它们。

为了让 CRISPRi 能够移动,研究人员开发了将该系统从常见的细菌模型(如大肠杆菌)转移到致病菌中的方法,后者往往更难研究。Peter 的研究小组聚焦细菌的 “接合(conjugation)”,这是一种细菌连接和交换 DNA 的一种天然细菌生殖方式。前威斯康辛大学麦迪逊分校遗传学家 Joshua Lederberg 发现了接合,并于 1958 年获得了诺贝尔奖。

“你把细菌混合在一起,就会发生这种情况,”Peters 说。“没什么比这更简单了。”

利用接合,将 Mobile-CRISPRi 转移给假单胞菌、沙门氏菌、葡萄球菌和李斯特等病原菌。“你可以研究抗生素如何直接作用于这些病原体,”Peters 说。

随着奶酪年龄增长,奶酪上的细菌和真菌多样性巨大,这些细菌和真菌有助于丰富奶酪的风味。2010 年,Peters 的合作伙伴加州大学圣地亚哥分校的 Rachel Dutton 在法国奶酪外皮上发现了一种名为干酪弧菌(Vibrio casei)的新细菌。

通常我们没有办法分离来自环境中的细菌(如干酪弧菌)的基因,但是 Mobile-CRISPRi 很容易被转移到菌株中,(直接研究蛋白质表达)为了解细菌是如何聚集并如何助长干酪风味开辟了新的途径。

现在,Peters 将向其他研究人员提供 Mobile-CRISPRi,以研究他们的目标细菌。“它将完全向公众开放。”

原文检索:Enabling genetic analysis of diverse bacteria with Mobile-CRISPRi

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