CRISPR-Cas系统的抗菌潜力令人鼓舞，但如何最好地设计或实施CRISPR核酸酶仍知之甚少。由维尔茨堡亥姆霍兹RNA感染研究所(HIRI)领导的一个国际团队现已解决了这一知识空白。

研究人员使用多重耐药性和高毒力细菌作为案例研究，对CRISPR抗菌药物进行了首次系统性研究，揭示了功效的广泛差异，这些差异可以通过高通量筛选和机器学习来预测。他们的研究结果发表在《核酸研究》杂志上。

传统抗生素等抗菌化合物的发现改变了医学，可以治疗曾经被认为无法治疗的感染。然而，新药的开发进程已经放缓，而现有抗生素的不当使用加剧了抗生素耐药性的出现。因此，越来越需要新的方法来根除病原体。

CRISPR-Cas系统是细菌用来防御病毒入侵的适应性免疫机制，通过其仅基于基因序列选择性消除微生物的能力，提供了独特的解决方案。然而迄今为止，还缺乏评估这些CRISPR抗菌药物功效的系统研究，尤其是针对不同核酸酶、靶位点和细菌菌株的功效。

为了解决这一差距，由亥姆霍兹RNA感染研究所(HIRI)(不伦瑞克亥姆霍兹感染研究中心(HZI)下属机构)领导的一个国际团队与维尔茨堡朱利叶斯·马克西米利安大学(JMU)合作，现在对这些新特工进行了第一次全面审讯。他们的研究重点是肺炎克雷伯菌，这是一种因与抗生素耐药性相关而臭名昭著的细菌。

“肺炎克雷伯菌提供了一个特别引人注目的案例研究，因为它包含许多具有不同毒力和耐药性特征的菌株，”HIRIRNA合成生物学系主任兼JMU医学院教授ChaseBeisel说。他与法国巴黎巴斯德研究所、以色列特拉维夫大学、HZI和加拿大多伦多大学的研究人员合作，领导了这项国际研究。

该团队结合了进行如此规模的研究所需的CRISPR技术、克雷伯氏菌、噬菌体递送、高通量筛选和机器学习方面的专业知识。

不同的菌株，(有时)不同的效果

CRISPR-Cas系统使用复杂的防御机制：CRISPR核糖核酸(RNA)有助于检测外源基因组的区域，例如DNA或RNA，以进行靶向切割。随后，CRISPR相关(Cas)核酸酶就像一把分子剪刀一样切割其靶标。

科学家发现不同的CRISPR核酸酶表现出截然不同的功效。在他们的实验中，与专注于RNA的核酸酶相比，针对DNA的核酸酶表现出了更优越的性能。

此外，不同类型的肺炎克雷伯菌对CRISPR抗菌药物的敏感性存在差异，尽管使用相同的核酸酶来靶向相同的位点。ElenaVialetto，该研究的第一作者和前博士。Beisel实验室的学生表示，“考虑到使用相同的CRISPR结构，相关细菌之间不同的抗菌活性令人惊讶。我们将这种差异归因于引导DNA靶向的CRISPRRNA的折叠。”

Beisel补充道：“这项研究首次证明抗菌效果甚至在相关菌株之间也可能存在差异。”

为了探索可以改善不同菌株靶向性的特征，研究人员对不同类型的肺炎克雷伯菌进行了全基因组筛选。这项工作产生了可能的CRISPR抗菌药物的设计原则和参数，并促进了算法的训练以预测其效率。

噬菌体作为特洛伊木马

该团队还冒险进入活性剂开发的下一阶段，即交付。研究人员使用噬菌体作为CRISPR抗菌剂的载体，并为其配备了经过修饰的尾部纤维，以增加CRISPR货物的范围。

这项研究为进一步开发CRISPR作为预防或治疗抗生素耐药性感染的手段奠定了基础。

Beisel总结道：“我们希望这项工作能够让人们更加了解CRISPR作为定制谱抗菌药物在持续对抗抗生素耐药性的斗争中的应用。”

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