细胞修复:利用装载CRISPR的病毒感染肠道菌群或阐明菌群基因编辑的潜力

来源：原创网站2021-11-29 15:56

美国加州大学等机构的科学家成功利用DNA编辑系统——CRISPR，通过研究改变了生活在哺乳动物肠道内细菌的基因组。这一进展可能代表了科学家对微生物组研究进展的理解，最终有望帮助开发肠道相关疾病的新疗法。

2021年11月29日/100医学网生物网络/-由于缺乏从复杂群体中准确添加或移除微生物菌株或基因的方法，人类微生物组在疾病易感性和疾病治疗中的机制研究受到限制。最近，在国际杂志《细胞报告》(Cell Reports)上发表的一篇题为“噬菌体递送的crispr-cas9用于肠道微生物中的菌株特异性缺失和基因组缺失”的研究报告中，来自美国加州大学等机构的科学家成功利用DNA编辑系统——CRISPR，通过研究改变了生活在哺乳动物肠道中的细菌的基因组。这一进展可能代表了科学家对微生物组研究进展的理解，最终有望帮助开发肠道相关疾病的新疗法。

大肠杆菌示意图。

图片：旧金山加州大学

在这项里程碑式的研究中，研究人员从生活在小鼠肠道中的大肠杆菌中移除了大块基因，同时改变了其消化系统中细菌群落的整体组成。研究人员彼得特恩博博士指出，我们已经证明，我们可以在哺乳动物的肠道菌群中进行第一次稳定的基因编辑，这可能是试图改造肠道细菌的起点。

目前，想要改变肠道微生物群的研究人员的选择非常有限。例如，细菌性食物中毒和类似问题可以用广谱抗生素治疗，但这种药物也可以杀死有益微生物。同时，粪便移植也用于在患有特定感染或胃肠道疾病的患者中重新培养健康的微生物群落。然而，临床医生并不确定引入的微生物是否能取代患者目前的细菌群落，这意味着患者的治疗可能并不总是成功的。研究人员Turnbaugh说，改造已经在消化系统中繁殖的细菌可能是未来研究和治疗微生物组相关健康问题的关键方法，直接改变肠道中的微生物基因组将把微生物组的治疗引入一个未实现的精确水平。

改变肠道中现有的微生物DNA可能使研究人员能够以比以前更可控的方式研究微生物组，这也可能提供一个机会来询问关于健康和疾病的重要问题。特恩博是一名研究人员，他专注于对大肠杆菌的研究，这是一种肠道中自然存在的细菌，但有些菌株因导致食物中毒而名声不佳。准确的基因编辑在肠道微生物区系中的一个有用的应用可能是针对无害的大肠杆菌，而不干扰有益的菌株。在这项研究中，研究人员想知道他们是否可以使用基因编辑工具来靶向和杀死大肠杆菌，而让另一种菌株不受影响。研究人员使用一种名为M13的病毒，将CRISPR-Cas9基因编辑系统注射到大肠杆菌细胞中，并在细胞中工作以切断DNA片段。

图片：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(21)01403-0？_ return URl=https://linking ub . Elsevier.com/retrieve/pii/s 221124721014030？showall=true

相关研究成果引人注目。在CRISPR-Cas9系统引入之前，目标菌株在实验室小鼠采集的粪便中表现得尤为突出，但经过基因编辑后，目标菌株很快就会消失。两周后，它只占被监测细胞总数的1%。这项研究成功的一个关键是，研究人员使用了一种工程M13，它可以在自然条件下攻击大肠杆菌，但不能在消化系统中很好地存活。为了解决这一问题，研究人员将一个抗生素抗性基因拼接到DNA中，使M13病毒很好地转运到细胞中，使病毒及其CRISPR-Cas9系统更容易传播。

研究人员设想，有一天他们或许可以用类似的方法促进人体内有益肠道菌群的生长；例如，如果研究人员编辑特定细菌中的基因，使细菌能够以稀有的营养物质为食，那么一个人只需要在饮食中添加大量的这些营养物质，就可以对肠道中正在发育的微生物混合物有一定的控制；首先，研究人员需要扩展他们工具包中的病毒列表，并通过实验，揭示如何通过改变单个生物的微生物组来影响整个细菌群落。

特恩博研究员说，我们的梦想是选择肠道中的哪些特定菌株，或者只含有个别基因，你想促进它们的表达还是去除它们的表达；我们非常兴奋能在大肠杆菌中推广这一过程，并希望它能给肠道微生物的其他成员带来类似的研究工具。综上所述，本文的研究成果为编辑微生物组提供了一个强大的实验平台，但并没有完善这种方法来提高靶向效率。(100yiyao.com 100医疗网)

原始来源：

Kathy N. Lam，Peter Spanogiannopoulos，Paola Soto-Perez等人，《细胞报告》(2021年)。doi :10.1016/j . celrep . 2021.109930

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