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基因編輯工具CRISPR重新利用以開發更好的抗生素

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-12-08瀏覽次數:585

威斯康星大學麥迪遜分校的大學和他在舊金山加利福尼亞大學的合作者已經改變了基因編輯工具的使用,以研究哪些基因是特定抗生素的目標,提供有關如何改善現有抗生素或開發新線索的信息。

致病性病原體對目前抗生素的抗性是一個日益嚴重的問題。據估計,美國每年有數百萬人被殺,每年花費超過20億美元。

“我們需要做的是弄清楚這些細菌的新弱點,”開發新系統的威斯康星大學醫學教授杰森彼得斯說。

這項名為Mobile-CRISPRi的技術使科學家能夠篩選各種病原體的抗生素功能。

研究人員使用細菌形式將Mobile-CRISPRi從常見的實驗室菌株轉移到不同的細菌,甚至一些未研究的微生物,使其成為奶酪的家園。這種簡單的轉移使這項技術成為科學家研究任何導致疾病或促進健康的疾病的福音。

Peters與Carol Gross,Oren Rosenberg以及加州大學舊金山分校和其他機構的其他同事一起設計并測試了Mobile-CRISPRi。該系統減少了目標基因的蛋白質產量,使研究人員能夠確定抗生素如何抑制病原體的生長。這些知識可以幫助指導研究克服對現有藥物的抵抗力。

研究人員于1月7日在“自然微生物學”雜志上發表了他們的研究結果。他們利用了日益流行的分子工具CRISPR,但是以獨特的方式。

“大多數人,當他們考慮CRISPR時,會考慮基因編輯,”彼得斯說,他在威斯康星大學麥迪遜分校獲得博士學位,最近加入了藥學院擔任助理教授。 “但那不是我做的。”

通常,CRISPR系統針對的是將DNA切成兩半的基因。當細胞修復損傷時,它們可以編輯基因。

但彼得斯和他的合作者使用了被破壞的CRISPRi形式。 CRISPRi被設計為無法切割DNA。相反,它只是坐在DNA上,阻止其他蛋白質進入并打開特定基因。結果,基因的表達降低,并且它們編碼的蛋白質的量減少。

研究人員已經證明,如果他們減少抗生素靶向蛋白的數量,細菌對較低水平的藥物變得更加敏感 - 這是基因和藥物之間關聯的證據。可以一次篩選出數以千計的基因作為潛在的抗生素目標,以幫助科學家了解抗生素的工作原理以及如何改善抗生素。

為了移動CRISPRi,研究人員開發了將系統從大腸桿菌等常見實驗室模型轉移到致病物種的方法,這些方法通常更難以研究。彼得斯的團隊轉向了細菌連接和交換DNA的自然方式之一,這種細菌稱為結合。威斯康星大學前麥迪遜遺傳學教授約書亞萊德伯格發現了一個為他贏得1958年諾貝爾獎的組合。

“你基本上將細菌混合在一起就會發生,”彼得斯說道。 “那并沒那么簡單。”

使用綴合,Peters的團隊將Mobile-CRISPRi轉移到病原體Pseudomonas,Salmonella,Staphylococcus和Listeria。

“這意味著你現在可以研究抗生素如何直接作用于這些病原體,”彼得斯說。 “這使我們能夠更好地了解這些藥物在不同生物體中的作用以及我們可以做些什么來使它們更好。”

Mobile-CRISPRi移動性的真正測試來自奶酪。

隨著奶酪的老化,它將規劃自己的微生物景觀。科學家們剛剛開始研究奶酪中細菌和真菌的巨大差異,這有助于它們復雜的味道。 2010年,彼得斯加利福尼亞大學圣地亞哥分校的合作者雷切爾達頓在法國奶酪的皮膚上發現了一種干酪弧菌(Vibrio casei)。

操縱器在已建立的實驗室細菌(例如大腸桿菌)中是簡單的,但是通常不可能研究最近從環境中分離的細菌中的基因,例如干酪乳桿菌(Lactobacillus casei)。但Mobile-CRISPRi很容易轉移到菌株上,為理解細菌如何定殖和幫助老化奶酪開辟了新的途徑。作為概念驗證,V。Casei認為,Mobile-CRISPRi應該對任何以前研究不足的細菌有用,包括那些傷害我們和我們依賴的細菌。

Peters現在向其他研究人員提供Mobile-CRISPRi來研究他們選擇的細菌。

“所以現在它將完全可供社區使用,”彼得斯說。 “現在這給了人們前進的方向。”

這項工作得到了美國國立衛生研究院(F32 GM和R01 GM)和美國農業部國家食品和農業研究所孵化計劃NYC-的支持。

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