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2018年9月30日/生物谷BIOON/—金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）通常对抗生素产生耐药性，因而对安全的医院护理构成威胁。在一项新的研究中，来自美国纽约大学医学院的研究人员发现，从病毒进化而来的基因组“岛屿（islands）”能够转化为阻止金黄色葡萄球菌感染的抗菌“无人机（drones）”。相关研究结果于2018年9月24日在线发表在Nature Biotechnology期刊上，论文标题为“Conversion of staphylococcal pathogenicity islands to CRISPR-carrying antibacterial agents that cure infections in mice”。
这些研究人员发现某种类型的细菌DNA经基因改造后能够让杀死或致残细菌的基因替换致病性基因。
这种研究中着重关注的这种类型的细菌DNA是一种“致病岛（pathogenicity island, 也译作毒力岛）”，它是从病毒中进化而来的，并且永久地停留在病毒感染的细菌中，成为其遗传系统的一部分。结果就是形成一种混合实体（hybrid entity），这种混合实体含有细菌在繁殖时传递给后代的有用基因，但在某些情况下也会切除细菌上层结构，并像病毒一样被包装在蛋白外壳（衣壳）中，这样就将它的DNA注射到其他的细菌细胞中。
这些研究人员表示，这种进化飞跃的混合体将基因组岛屿塑造成完美的类似于无人机的载体，为细菌群体运送基因载荷（genetic payload）。当通过注射让小鼠遭受致命性的葡萄球菌感染时，他们进行基因改造过的金黄色葡萄球菌致病岛（SaPI）杀死了这些细菌并拯救了这些遭受感染的小鼠。
论文共同通信作者、纽约大学医学院史克博尔生物分子医学研究所教授Richard P. Novick博士说，“鉴于到目前为止的效果，以及相关治疗尝试的安全记录，我们正准备在奶牛中测试我们的‘无人机’抵抗干扰牛奶产量的葡萄球菌感染的效果，如果这也取得成功的话，那么就准备在遭受葡萄球菌感染的人群中开展测试。”
三分之一的人口遭受金黄色葡萄球菌感染，通常并没有症状出现。但是那些免疫系统较弱的人可能会在血液，肺部（肺炎）或器官（败血症）中产生危及生命的感染。长期以来，金黄色葡萄球菌一直在医院中构成威胁，在那里，有许多表面可供细菌定殖，并且最近在社区（比如健身房，游乐场，学校，军营和医生办公室）中已成为一个日益严重的问题。
此外，用于抵抗葡萄球菌的抗生素的效果越来越差，这是因为越来越多的菌株已经对这些药物产生耐药性。鉴于数十年的抗生素过度使用，许多葡萄球菌感染现已无法治愈，这个领域迫切寻求新的方法来抵抗感染。
借用病毒技巧
正是在20世纪80年代对一种被称作TSST1的基因—它导致葡萄球菌感染的危险并发症，即中毒性休克综合症（toxic shock syndrome）—的研究，Novick及其同事们首次发现了这种细菌的致病岛将TSST1作为它携带着的载荷的一部分。Novick团队随后的这种‘无人机’设计源于对依赖基因组岛分享有用基因的葡萄球菌的认识。通过这种方式，当任何一个细菌细胞偶然发现有助于它存活下来的变化时，整个群体都会受益，而不仅仅是它的后代。
论文共同通信作者、Novick实验室长期研究员Hope Ross博士说，“如果基因组岛屿经改造后含有抑制细菌感染而不是促进其感染的基因，那么它们在这种基因转移中的天然作用会让它们成为一种新的治疗方法。”2013年，正是Ross首先观察到这种潜力，并且建议Novick实验室着重关注它。
作为第一个测试，Novick团队在基因组岛屿上添加了CRISPR/Cas9序列，即一种可靶向切割靶基因内的DNA链的基因系统，这种切割对细菌是致命性的。Novick团队研究的另一种“无人机”包含一个编码溶葡球菌酶（lysostaphin）的基因，这种酶通过分解细菌的细胞壁来直接杀死它们。他们还研究了一种有潜力让几种致病性的细菌基因失效而不用杀死葡萄球菌的CRISPR方法，这有望阻止细菌感染产生“无人机”抵抗性。
这项研究也得出了另一个重要结论。Novick说，“这种‘无人机’系统不会像抗生素那样扰乱患者的微生物组（肠道中的微生物混合物），毕竟微生物组中的一些物种对人体消化和整体健康是至关重要的。” （生物谷 Bioon.com）
参考资料：
Geeta Ram, Hope F Ross, Richard P Novick et al. Conversion of staphylococcal pathogenicity islands to CRISPR-carrying antibacterial agents that cure infections in mice. Nature Biotechnology, Published Online: 24 September 2018, doi:10.1038/nbt.4203.