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基因编辑工具CRISPR重新利用以开发更好的抗生素

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2019-12-08浏览次数:585

威斯康星大学麦迪逊分校的大学和他在旧金山加利福尼亚大学的合作者已经改变了基因编辑工具的使用,以研究哪些基因是特定抗生素的目标,提供有关如何改善现有抗生素或开发新线索的信息。

致病性病原体对目前抗生素的抗性是一个日益严重的问题。据估计,美国每年有数百万人被杀,每年花费超过20亿美元。

“我们需要做的是弄清楚这些细菌的新弱点,”开发新系统的威斯康星大学医学教授杰森彼得斯说。

这项名为Mobile-CRISPRi的技术使科学家能够筛选各种病原体的抗生素功能。

研究人员使用细菌形式将Mobile-CRISPRi从常见的实验室菌株转移到不同的细菌,甚至一些未研究的微生物,使其成为奶酪的家园。这种简单的转移使这项技术成为科学家研究任何导致疾病或促进健康的疾病的福音。

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并测试了Mobile-CRISPRi。该系统减少了目标基因的蛋白质产量,使研究人员能够确定抗生素如何抑制病原体的生长。这些知识可以帮助指导研究克服对现有药物的抵抗力。

研究人员于1月7日在“自然微生物学”杂志上发表了他们的研究结果。他们利用了日益流行的分子工具CRISPR,但是以独特的方式。

“大多数人,当他们考虑CRISPR时,会考虑基因编辑,”彼得斯说,他在威斯康星大学麦迪逊分校获得博士学位,最近加入了药学院担任助理教授。 “但那不是我做的。”

通常,CRISPR系统针对的是将DNA切成两半的基因。当细胞修复损伤时,它们可以编辑基因。

但彼得斯和他的合作者使用了被破坏的CRISPRi形式。 CRISPRi被设计为无法切割DNA。相反,它只是坐在DNA上,阻止其他蛋白质进入并打开特定基因。结果,基因的表达降低,并且它们编码的蛋白质的量减少。

研究人员已经证明,如果他们减少抗生素靶向蛋白的数量,细菌对较低水平的药物变得更加敏感 - 这是基因和药物之间关联的证据。可以一次筛选出数以千计的基因作为潜在的抗生素目标,以帮助科学家了解抗生素的工作原理以及如何改善抗生素。

为了移动CRISPRi,研究人员开发了将系统从大肠杆菌等常见实验室模型转移到致病物种的方法,这些方法通常更难以研究。彼得斯的团队转向了细菌连接和交换DNA的自然方式之一,这种细菌称为结合。威斯康星大学前麦迪逊遗传学教授约书亚莱德伯格发现了一个为他赢得1958年诺贝尔奖的组合。

“你基本上将细菌混合在一起就会发生,”彼得斯说道。 “那并没那么简单。”

使用缀合,Peters的团队将Mobile-CRISPRi转移到病原体Pseudomonas,Salmonella,Staphylococcus和Listeria。

“这意味着你现在可以研究抗生素如何直接作用于这些病原体,”彼得斯说。 “这使我们能够更好地了解这些药物在不同生物体中的作用以及我们可以做些什么来使它们更好。”

Mobile-CRISPRi移动性的真正测试来自奶酪。

随着奶酪的老化,它将规划自己的微生物景观。科学家们刚刚开始研究奶酪中细菌和真菌的巨大差异,这有助于它们复杂的味道。 2010年,彼得斯加利福尼亚大学圣地亚哥分校的合作者雷切尔达顿在法国奶酪的皮肤上发现了一种干酪弧菌(Vibrio casei)。

操纵器在已建立的实验室细菌(例如大肠杆菌)中是简单的,但是通常不可能研究最近从环境中分离的细菌中的基因,例如干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)。但Mobile-CRISPRi很容易转移到菌株上,为理解细菌如何定殖和帮助老化奶酪开辟了新的途径。作为概念验证,V。Casei认为,Mobile-CRISPRi应该对任何以前研究不足的细菌有用,包括那些伤害我们和我们依赖的细菌。

Peters现在向其他研究人员提供Mobile-CRISPRi来研究他们选择的细菌。

“所以现在它将完全可供社区使用,”彼得斯说。 “现在这给了人们前进的方向。”

这项工作得到了美国国立卫生研究院(F32 GM和R01 GM)和美国农业部国家食品和农业研究所孵化计划NYC-的支持。