發(fā)布日期：2017-03-01

E.Coli. 圖片：Wikimedia

當(dāng)人們談?wù)摶蚓庉嫻ぞ逤RISPR時，通常談?wù)摰氖荂RISPR-Cas9，當(dāng)前科研人員大多使用CRISPR-Cas9作為“剪刀”來剪切和粘貼基因。 CRISPR-Cas9已經(jīng)被譽為抗擊癌癥和作物病原體、解決環(huán)境問題的一個潛在改變者。但一些研究人員認(rèn)為，一種鮮為人知的技術(shù)可能是世界上越來越多的超級細菌問題的答案，讓我們來認(rèn)識一下CRISPR-Cas3。

Cas9之所以如此“時尚”有以下幾個原因：這是一種小型酶，且非常適合精確定位DNA的特定序列，使基因的編輯比以前更容易。但Cas3是相對“可怕”的東西，它將其靶向的DNA切碎成遠遠超出修復(fù)的狀態(tài)，導(dǎo)致細胞死亡。如果CRISPR-Cas9是遺傳基因的解剖刀，那么Cas3則是鏈鋸。這正是為什么研究人員認(rèn)為它可能只能用來攻擊那種能抵抗抗生素的超強細菌。

我們試圖做的是殺死細菌，北卡羅來納州立大學(xué)的分子生物學(xué)家Rodolphe Barrangou表示，這就像“吃豆人”游戲里的角色，將DNA咀嚼而不是切開整齊的切口。且將DNA咀嚼到不能修復(fù)的程度，它是致命的。

Barrangou最先使用到CRISPR，是在為Danisco進行嗜熱鏈球菌的測序工作時，這是一種常用于酸奶和奶酪生產(chǎn)的細菌。其早期的工作有助于開發(fā)更多的CRISPR基因編輯工具。像大多數(shù)這一領(lǐng)域的科學(xué)家一樣，他的大部分工作集中在Cas9上。但是Cas3雖然很笨重，但確是一種在自然界更常見的CRISPR酶。Barrangou開始思考，除了進行基因工程方面的應(yīng)用，這可能是大自然給我們的另外財富。

2015年，他與其他人共同創(chuàng)辦了Locus Biosciences公司，致力于CRISPR-Cas3的重編工作，以開發(fā)抗菌劑來解決對抗生素越來越耐藥的傳染病。最近，該公司在多年的隱形模式后終于公開亮相。

像Cas9一樣，我們可以為特定的靶向DNA對Cas3酶進行編程，這意味著科學(xué)家可以在不受歡迎的入侵者上“訓(xùn)練”它。但不同的是，Cas9能精確切割DNA，留下斷裂的雙鏈，且在編輯之后允許細胞進行自身修復(fù)。Barrangou說，Cas3就像“吃豆人”游戲，能夠咀嚼細胞，在這樣的方式下細胞沒有修復(fù)的希望。

“這是一個非常有前途的想法，具有有很大的潛力，”馬薩諸塞大學(xué)的分子生物學(xué)家Erik Sontheimer表示。

那些難以殺死的細菌，通常被我們稱為“超級細菌”，這已經(jīng)成為一個當(dāng)前主要的問題，其對抗生素的耐藥性比我們發(fā)現(xiàn)新的抗生素更快。除了急于開發(fā)更多的抗生素來尋找解決方案，研究人員正在嘗試替代品，如使用掠食性細菌攻擊致命的人類病原體。

一家名為Eligo Biosciences的法國公司，也專注于使用CRISPR生產(chǎn)抗菌素。我們希望的是，它不僅能成功殺死超級細菌，而且能防止超級細菌在未來的產(chǎn)生，而不是一味地消滅許多有用的細菌。

“抗生素是不分青紅皂白的——它們可以靶向殺滅體內(nèi)的所有細菌”Barrangou說。 “或許我們可以制造一種聰明的抗生素，我們可以使用CRISPR來選擇性地靶向特定的細菌基因型并根除細菌，且不會殺死剩余的微生物組。”

Barrangou的工作雖然還在早期階段，但這可能是替代新型抗生素最有希望的方式。

該公司尚未開始臨床試驗，但已成功使用CRISPR-Cas3對感染兩種不同大腸桿菌菌株的小鼠進行相關(guān)試驗。Barrangou表示，他們計劃在今年晚些時候發(fā)表其相關(guān)的發(fā)現(xiàn)。許多挑戰(zhàn)仍然存在，包括找到CRISPR-Cas3進入有著很厚細胞壁的細菌的最佳方法。同時，病原體還有可能發(fā)展出對CRISPR的免疫。

Sontheimer表示，“對于新的治療方法，有一個迫切需要的原因之一是，細菌對于我們拋棄它們的方法都非常好。

該公司還將向FDA申請批準(zhǔn)其開發(fā)的治療方式。它希望這個過程別像CRISPR-Cas9一樣充滿挑戰(zhàn)，因為Cas3破壞性的屬性意味著你不能設(shè)計并制造的嬰兒、超人或任何其他基因工程可能造成的科幻災(zāi)難。

“我們不編輯一個細胞且我們不會在DNA里添加任何東西，”Barrangou表示，“但我們可以殺死一些有害的細菌。”

來源：測序中國（微信號 seq114）