生物通報道  近年來，出現了一些新的細菌菌株，其甚至能夠抵抗最強效的抗生素。每年在美國，這些超級細菌，包括耐藥結核菌和葡萄球菌造成200多萬人感染，至少2.3萬人死亡。盡管對新治療方法有著迫切的需求，在過去的十年里科學家們只發現了極少的新型抗生素。

麻省理工學院的工程師們現在轉而借助了一種強大的新武器來對付這些超級細菌。他們證實利用基因編輯系統使得賦予它們耐藥或致病能力的靶基因喪失功能，可以選擇性殺死攜帶著有害基因的細菌。

麻省理工學院生物工程、電子工程及計算機科學系副教授盧冠達(Timothy Lu)是這項研究的領導者，這位青年科學家曾入選美國麻省理工學院百年期刊《技術評論》評選的世界青年科技創新家。研究人員將他們的研究結果發布在9月21日的《自然生物技術》（Nature Biotechnology）雜志上。

上個月，盧冠達實驗室報告了一種不同的對抗耐藥菌的方法，他們稱鑒別出了一些基因的組合協同作用可使得細菌對抗生素更為敏感。盧冠達希望兩種技術將促成一些新藥幫助對抗耐藥菌造成的日益加劇的危機。

盧冠達說：“這是一個非常關鍵的時刻，現在可用的新抗生素越來越少，越來越多的抗生素耐藥產生。我們一直對找到一些新的方法來對抗抗生素耐藥感興趣，這些論文為此提供了兩種不同的策略。”

除去抗性

大多數的抗生素都是通過干擾一些關鍵的功能如細胞分裂或蛋白質合成來發揮作用。而包括難以對付的MRSA(耐甲氧西林金黃色葡萄球菌)和CRE(耐碳青霉烯類腸桿菌)在內的一些細菌，卻已進化至用現有的藥物幾乎無法醫治。

在發表于《Nature Biotechnology》雜志上的這項新研究中，研究生Robert Citorik和Mark Mimee與盧冠達一起，靶向了使得細菌能夠在抗生素治療中存活的一些特異基因。CRISPR基因組編輯系統為靶向這些基因提供了完美的策略。

CRISPR最初是由從事細菌免疫系統研究的生物學家們所發現，其包含一組蛋白，細菌利用它來保護自身對抗入侵的病毒（噬菌體）。其中的一種蛋白是稱作為Cas9的DNA切割酶，Cas9可結合到靶向特異序列的短RNA引導鏈上，后者告知Cas9在哪里完成切割（延伸閱讀：中科院Nature子刊發表CRISPR新文章 ）。

盧冠達和同事們決定轉而利用細菌自身的武器來對付它們。他們設計了一些RNA引導鏈來靶向導致抗生素耐藥的一些基因，其中包括編碼NDM-1酶的基因，NDM-1使得細菌能夠對抗廣泛的β-內酰胺類抗生素，包括碳青霉烯類抗生素。編碼NDM-1和其他耐藥因子的基因往往存在于質粒中，這使得它們更容易在菌群中傳播。

當研究人員轉而用CRISPR系統來對抗NDM-1時，他們特異性地殺死了超過99%的攜帶NDM-1的細菌，而細菌抵抗的抗生素卻沒有誘導任何顯著的殺傷效應。他們還成功地靶向了編碼SHV-18的另一個抗生素耐藥基因和腸道出血性大腸桿菌中的一個毒力因子。

此外，研究人員證實還可以利用CRISPR系統基于遺傳標記從多樣的菌群中選擇性地除去特異的細菌，由此在抗菌應用之外還開辟了“微生物組編輯”潛在可能性。

為了讓CRISPR元件進入到細菌中，研究人員構建了兩種載體——質粒上攜帶著CRISPR基因的基因工程菌，以及結合細菌并注入這些基因的噬菌體顆粒。兩種載體成功地將CRISPR 基因傳播至耐藥菌群。將CRISPR系統傳送到感染一種有害形式大腸桿菌的大蠟螟(waxworm),幼蟲體內，提高了幼蟲的生存率。

研究人員現正在小鼠中測試這種方法，他們預想著最終這一技術將適用于傳送CRISPR元件，來治療感染或是除去人類患者體內其他有害的細菌。

（生物通:何嬙）

生物通推薦原文摘要：

Sequence-specific antimicrobials using efficiently delivered RNA-guided nucleases

Current antibiotics tend to be broad spectrum, leading to indiscriminate killing of commensal bacteria and accelerated evolution of drug resistance. Here, we use CRISPR-Cas technology to create antimicrobials whose spectrum of activity is chosen by design. RNA-guided nucleases (RGNs) targeting specific DNA sequences are delivered efficiently to microbial populations using bacteriophage or bacteria carrying plasmids transmissible by conjugation. The DNA targets of RGNs can be undesirable genes or polymorphisms, including antibiotic resistance and virulence determinants in carbapenem-resistant Enterobacteriaceae and enterohemorrhagic Escherichia coli. Delivery of RGNs significantly improves survival in a Galleria mellonella infection model. We also show that RGNs enable modulation of complex bacterial populations by selective knockdown of targeted strains based on genetic signatures. RGNs constitute a class of highly discriminatory, customizable antimicrobials that enact selective pressure at the DNA level to reduce the prevalence of undesired genes, minimize off-target effects and enable programmable remodeling of microbiota.