發(fā)布日期：2017-03-01
E.Coli. 圖片：Wikimedia
當(dāng)人們談?wù)摶蚓庉嫻ぞ逤RISPR時(shí)，通常談?wù)摰氖荂RISPR-Cas9，當(dāng)前科研人員大多使用CRISPR-Cas9作為“剪刀”來(lái)剪切和粘貼基因。 CRISPR-Cas9已經(jīng)被譽(yù)為抗擊癌癥和作物病原體、解決環(huán)境問(wèn)題的一個(gè)潛在改變者。但一些研究人員認(rèn)為，一種鮮為人知的技術(shù)可能是世界上越來(lái)越多的超級(jí)細(xì)菌問(wèn)題的答案，讓我們來(lái)認(rèn)識(shí)一下CRISPR-Cas3。
Cas9之所以如此“時(shí)尚”有以下幾個(gè)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(duì)“可怕”的東西，它將其靶向的DNA切碎成遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出修復(fù)的狀態(tài)，導(dǎo)致細(xì)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(rèn)為它可能只能用來(lái)攻擊那種能抵抗抗生素的超強(qiáng)細(xì)菌。
我們?cè)噲D做的是殺死細(xì)菌，北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的分子生物學(xué)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(kāi)整齊的切口。且將DNA咀嚼到不能修復(fù)的程度，它是致命的。
Barrangou最先使用到CRISPR，是在為Danisco進(jìn)行嗜熱鏈球菌的測(cè)序工作時(shí)，這是一種常用于酸奶和奶酪生產(chǎn)的細(xì)菌。其早期的工作有助于開(kāi)發(fā)更多的CRISPR基因編輯工具。像大多數(shù)這一領(lǐng)域的科學(xué)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(jiàn)的CRISPR酶。Barrangou開(kāi)始思考，除了進(jìn)行基因工程方面的應(yīng)用，這可能是大自然給我們的另外財(cái)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(kāi)發(fā)抗菌劑來(lái)解決對(duì)抗生素越來(lái)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(kāi)亮相。
像Cas9一樣，我們可以為特定的靶向DNA對(duì)Cas3酶進(jìn)行編程，這意味著科學(xué)家可以在不受歡迎的入侵者上“訓(xùn)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(xì)胞進(jìn)行自身修復(fù)。Barrangou說(shuō)，Cas3就像“吃豆人”游戲，能夠咀嚼細(xì)胞，在這樣的方式下細(xì)胞沒(méi)有修復(fù)的希望。
“這是一個(gè)非常有前途的想法，具有有很大的潛力，”馬薩諸塞大學(xué)的分子生物學(xué)家Erik Sontheimer表示。
那些難以殺死的細(xì)菌，通常被我們稱為“超級(jí)細(xì)菌”，這已經(jīng)成為一個(gè)當(dāng)前主要的問(wèn)題，其對(duì)抗生素的耐藥性比我們發(fā)現(xiàn)新的抗生素更快。除了急于開(kāi)發(fā)更多的抗生素來(lái)尋找解決方案，研究人員正在嘗試替代品，如使用掠食性細(xì)菌攻擊致命的人類病原體。
一家名為Eligo Biosciences的法國(guó)公司，也專注于使用CRISPR生產(chǎn)抗菌素。我們希望的是，它不僅能成功殺死超級(jí)細(xì)菌，而且能防止超級(jí)細(xì)菌在未來(lái)的產(chǎn)生，而不是一味地消滅許多有用的細(xì)菌。
“抗生素是不分青紅皂白的——它們可以靶向殺滅體內(nèi)的所有細(xì)菌”Barrangou說(shuō)。 “或許我們可以制造一種聰明的抗生素，我們可以使用CRISPR來(lái)選擇性地靶向特定的細(xì)菌基因型并根除細(xì)菌，且不會(huì)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(kāi)始臨床試驗(yàn)，但已成功使用CRISPR-Cas3對(duì)感染兩種不同大腸桿菌菌株的小鼠進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。Barrangou表示，他們計(jì)劃在今年晚些時(shí)候發(fā)表其相關(guān)的發(fā)現(xiàn)。許多挑戰(zhàn)仍然存在，包括找到CRISPR-Cas3進(jìn)入有著很厚細(xì)胞壁的細(xì)菌的最佳方法。同時(shí)，病原體還有可能發(fā)展出對(duì)CRISPR的免疫。
Sontheimer表示，“對(duì)于新的治療方法，有一個(gè)迫切需要的原因之一是，細(xì)菌對(duì)于我們拋棄它們的方法都非常好。
該公司還將向FDA申請(qǐng)批準(zhǔn)其開(kāi)發(fā)的治療方式。它希望這個(gè)過(guò)程別像CRISPR-Cas9一樣充滿挑戰(zhàn)，因?yàn)镃as3破壞性的屬性意味著你不能設(shè)計(jì)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(zāi)難。
“我們不編輯一個(gè)細(xì)胞且我們不會(huì)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(xì)菌。”
來(lái)源：測(cè)序中國(guó)（微信號(hào) seq114）
