颠覆细菌战：新型CRISPR工具成功禁用抗生素耐药基因

抗生素耐药性（AR）近年来不断加剧，已成为全球健康危机。随着致命细菌不断进化出新的方式来逃避对各种疾病的药物治疗，越来越多的“超级细菌”出现，预计到2050年全球每年将因此导致超过1000万人死亡。

科学家们正在寻找最近开发的技术来应对抗生素耐药细菌带来的紧迫威胁，这些细菌在医院、污水处理厂、养殖场和鱼塘中繁殖得很厉害。加州大学圣地亚哥分校的科学家们现在已经应用尖端基因技术来对抗抗生素耐药性。

加州大学圣地亚哥分校生物科学学院的以太·比尔教授和贾斯廷·迈耶教授的实验室合作开发了一种新方法，用于从细菌群体中去除抗生素耐药基因。研究人员开发了一种新的基于CRISPR的技术，类似于基因驱动，这种技术目前被应用于昆虫群体中，以阻止有害特性的传播，例如导致疟疾的寄生虫。这种新工具叫做pPro-MobV，是主动遗传学（Pro-AG）的一种第二代技术，采用类似的方法来禁用细菌群体中的药物耐药性。

比尔说：“通过pPro-MobV，我们把基因驱动的思维从昆虫应用到了细菌，作为一种群体工程的工具。”比尔是细胞与发育生物学系的教员。“通过这种新的基于CRISPR的技术，我们可以取出少量细胞，让它们去中和大规模目标群体中的抗药性。”

在2019年，Bier的实验室与维克多·尼泽特教授的团队（加州大学圣地亚哥分校医学院）合作开发了初步的Pro-AG概念，其中引入并复制了一个基因载体在细菌的基因组之间，以使其抗生素抗性成分失去活性。该基因载体会自我插入到质粒中携带的抗药性基因，从而恢复细菌对抗生素治疗的敏感性。

在此基础上，Bier及其同事开发了一个后续系统，通过接合转移传播抗生素CRISPR基因载体组件，这与细菌的交配类似。正如他们在Nature期刊npj Antimicrobials and Resistance中所描述的，研究人员展示了这一下一代pPro-MobV系统可以利用细胞之间自然形成的细菌交配通道来传播关键的失活元素。他们展示了该过程在细菌生物膜内的工作情况，生物膜是污染各种表面的微生物群落，在常规清洁方法下非常难以去除。生物膜还促进了疾病的传播，并且在大多数导致严重疾病的感染中形成，部分原因是生物膜通过形成难以渗透的细胞保护层来抵抗抗生素。因此，这项新技术在医疗、环境修复和微生物组工程等领域有很大的应用潜力。

“生物膜在对抗抗生素耐药性方面的作用尤为重要，因为这是在临床或封闭环境（比如水产养殖池塘和污水处理厂）中最难以克服的细菌生长形式之一，”比尔说。“如果能减少动物向人类的传播，就能对抗生素耐药性问题产生显著影响，因为大约一半的耐药性问题估计来自环境。”

研究人员还发现，活性基因系统的组成部分可以通过噬菌体（即噬菌病毒）进行携带和传递，噬菌体是细菌的自然竞争者。噬菌体正在被特别设计来对抗抗生素耐药性，通过躲避细菌的防御并将破坏性因素插入细胞。研究人员设想，pPro-MobV元素将与这些工程化的噬菌体协同工作。这个活性基因平台还可以结合一种叫做同源性删除的高效过程，作为安全措施，以便在需要时可以移除基因盒。

“我所知道的，这项技术是为数不多的能够主动逆转抗生素耐药基因传播的方法之一，而不仅仅是减缓或应对抗生素耐药基因的传播，”生态、行为与进化系的教授迈耶表示，他研究细菌和病毒的 进化适应性。