Crispr抗微生物

由玛丽传动装置

玛丽传动

使用CRISPR作为抗菌剂抗生素抗性的危机在我们身上,世界毫无准备。每年在美国,两百万人将受抗生素抗性细菌感染。即使研究人员开发出新的抗生素,抵抗的发病也是迅速的,介绍后五年。目前的抗生素策略是非特异性的 - 它们会损害任何没有抗性基因的细菌细胞,允许抗性细菌繁殖,在整个细菌种群中传播它们的抗性基因。但是,如果我们可以特别靶向毒力或抗生素抗性细菌,那么他们将武器才能抵抗武器,他们会造成较少的武器?克里普尔克可以提供这样做的方法。虽然挑战仍然在递送这些药剂中,Crisprp抗微生物剂可能成为我们最新的对抗细菌的防御。

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抗生素耐药性的问题

最多抗生素瞄准三个基本过程中的一个:细胞壁合成、DNA复制或蛋白质合成。因为它们针对的是这种通用的过程,抗生素不仅影响导致感染的细菌,而且还改变了个人固有的有益菌群。目前,还没有针对有毒或耐药细菌的抗生素策略,而不适当的抗生素使用选择了耐药细菌,使它们能够繁殖和传播它们的耐药基因。

我们的社会希望通过多种方法来对抗抗生素耐药性。包括Chipotle和Panera Bread在内的主要连锁餐厅已经承诺其供应商不再使用抗生素,公共卫生和医疗组织也在努力帮助教育公众正确使用抗生素。尽管这些措施值得称赞,但它们可能无法解决日益严重的问题。最重要的是,我们需要新的抗菌素,最好是那些耐药性发展缓慢的抗菌素。CRISPR可能正是启动对抗抗生素耐药性的战斗所需要的方法。

传统抗生素的Crisprp的优点

CRISPR相对于传统抗生素的潜在优势显而易见。讨论了在这个博客帖子,大多数细菌具有较差的非同源端连接机制,因此crispr诱导的基因组双链断裂(DSB)是致命的。如果这种DSB发生在质粒上,质粒将被从细菌中清除,这也可能导致细胞死亡。CRISPR还提高了特异性——定制的CRISPR抗菌素可以针对单一致命细菌物种的特定序列,甚至是抗生素抗性基因,而不是针对大多数细菌的关键过程。重要的是,原生的非致病性细菌可以帮助重新占领生态位,减少机会性感染的机会,比如像梭状芽孢杆菌

2014年,Citorik et al。Bikard等人。开发了序列特异性、抗菌、基于质粒的CRISPR系统(在这里找到Citorik质粒)。在这两种情况下,他们使用了仅在某些细菌中发现的1-2个CRISPR crrna序列(图1)。Citorik等人以β -内酰胺和喹诺酮耐药基因为靶点大肠杆菌使用质粒和噬菌体递送系统。植物是含有噬菌体来源的质粒,其可以使用辅助系统包装成复制 - 无化噬菌体颗粒。尽管这种抗性基因由高拷贝质粒编码,这些CRISPR抗菌剂成功地将β-内酰胺抗性抗性抗生素置于抗生素中。在基因组编码的喹啉抗性的情况下,通过单一碱基对DNA乙酶的变化介导的介导,Crisprp噬菌体仅为抗性细菌的细胞毒性。

Bikard等人。用噬菌动物系统来靶向毒性金黄色葡萄球菌是一种常见的医院感染。两轮噬菌治疗足以消灭毒性菌株。由第一轮治疗未杀死的细菌要么都没有接受噬菌虫,丧生或接受了盲肠病;Bikard等人。没有观察目标网站的任何突变。在小鼠皮肤殖民化模型中,噬菌体治疗减少了毒性的比例金黄色葡萄球菌在24小时内从50%上升到11%。

噬菌体策略的细菌CRISPR靶向

提高CRISPR交付​​和噬菌体效力

两组均未观察到对CRISPR抗菌素的实质性耐药性,他们认为针对多重耐药性/毒性因素可能进一步降低这种可能性。这些技术的关键问题是高效传递,因为抗菌素必须到达每一个细胞,否则在治疗后,抗生素耐药细胞的小池可能会重新繁殖。两篇论文中使用的噬菌体系统与哺乳动物病毒载体类似,因为载体是复制缺陷的。vwin668因此,需要大量的噬菌体在活的有机体内治疗。

CRISPR抗菌素的另一种策略是将它们与具有复制能力的噬菌体和抗生素结合。随着抗生素的引入,噬菌体疗法不再流行,但该领域目前正在经历复兴。约瑟夫·等。设计了一种双噬菌体CRISPR系统来重度抗生素抗菌细菌(图2)。引入的第一个噬菌体是溶血性的,与细菌基因组相结合,它携带CRISPR机械靶向1)给定的抗性基因和2)第二裂解噬菌体。接受该噬菌体的细菌现在是抗生素敏感,但抗性噬菌体抗性。当介绍裂解噬菌体时,它只靶向抗生素的细菌。一旦这些细菌被杀死,抗生素可用于瞄准敏感人群。YOSEF等人。概念证明工作靶向两个不同的β-内酰胺抗性基因,再次具有非常高的特异性。这种双重噬菌体系统都有利于抗生素敏感细菌,并防止敏感细菌获得抗性基因。约瑟夫·等。表明它可以在抗生素抗性细菌之前繁荣的医疗环境中有价值。

两页策略,将细菌转化为抗生素

噬菌体可以用于递送上述三种系统中的任何一种,但需要注意的是,噬菌体非常多样化,而且每个噬菌体的宿主范围很窄。为了进一步的临床应用,ando等人。最近设计合成噬菌体,每一个都是基于研究充分的T7噬菌体,以针对各种类型的细菌。在混合种群中,它们的噬菌体对某些细菌具有高度特异性,就像CRISPR的靶向方法一样。噬菌体鸡尾酒可用于针对多种类型的致病性或耐药细菌。

克里斯普尔,细菌免疫系统可能有一天可用于瞄准最难的细菌是一种讽刺意味。在使用噬菌体推导的载体携带CRISPR时,我们正在将表格转向细菌上。如果这种新策略可以帮助我们在对抗细菌超级队的斗争中赢得地面,将展示未来的研究。


参考文献

1. Citorik,Robert J.,Mimee,Mark和Timothy K. Lu。“使用有效地交付的RNA引导核酸酶的序列特异性抗微生物剂。”生物科技自然》。32(11):1141-5。(2014)。PubMed:PMID 252409288。公共医学中心:PMCID PMC4˚237163

2.Bikard, David等人:“利用CRISPR-Cas核酸酶产生序列特异性抗菌素。”生物科技自然》。32(11):1146-50。(2014)。PubMed:PMID 25282355。公共医学中心:PMCID: PMC4317352

3.Beisel, Chase L, Ahmed A. Gomaa和Rodolphe Barrangou。“下一代抗菌剂的CRISPR设计。”基因组医学杂志。15(11):516。(2014)。PubMed:PMID 25417800公共医学中心:PMCID PMC4282009

4. YOYSF,IDO,Miriam Manor,Ruth Kiro和Udi Qimron。“温带和裂解的噬菌体编程为敏化和杀死抗生素的细菌。”Proc Natl Acad Sci U S A.9, 112(23): 7267 - 72。(2015)。PubMed:PMID 26060300公共医学中心:PMCID PMC4466736

5.安藤,Hiroki, Sebastien Lemire, Diana P. Pires和Timothy K. Lu。“用于目标细菌种群编辑的工程模块化病毒支架”细胞系统。1(3):187-196。(2015)。PubMed:PMID 26973885.

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主题:克里普尔克,CRISPR治疗应用

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