發(fā)布日期：2017-03-01

E.Coli. 圖片：Wikimedia

當人們談論基因編輯工具CRISPR時，通常談論的是CRISPR-Cas9，當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。但一些研究人員認為，一種鮮為人知的技術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的狀態(tài)，導致細胞死亡。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的分子生物學家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。像大多數這一領域的科學家一樣，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，這意味著科學家可以在不受歡迎的入侵者上“訓練”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。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，”馬薩諸塞大學的分子生物學家Erik Sontheimer表示。

那些難以殺死的細菌，通常被我們稱為“超級細菌”，這已經成為一個當前主要的問題，其對抗生素的耐藥性比我們發(fā)現新的抗生素更快。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試驗。Barrangou表示，他們計劃在今年晚些時候發(fā)表其相關的發(fā)現。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）