CRISPR有望解决抗生素耐药性问题但细菌也可以反击

捷克共和国比尔森布拉格查尔斯大学医学院和大学医院微生物学系助理教授IbrahimBitar在ESCMID全球大会上的演讲“如何使用CRISPR-Cas对抗抗菌素耐药性”中，概述CRISPR技术的分子生物学，解释如何使用它来解决抗菌素耐药性。

成簇的规则间隔短回文重复序列(CRISPR)和CRISPR相关基因(cas)广泛存在于许多细菌的基因组中，是针对质粒和病毒等外来入侵者的防御机制。CRISPR阵列由重复的短序列阵列组成，每个序列都源自并与曾经侵入宿主的核酸序列完全匹配。

伴随着CRISPR序列，有4-10个CRISPR相关基因(cas)，它们高度保守并编码Cas蛋白。Cas蛋白根据CRISPR阵列中存储的免疫记忆在原核生物(细菌)中进行适应性免疫。

CRISPR/Cas系统将来自质粒和病毒等入侵者的一小段外源DNA整合到它们的直接重复序列中，并在未来的入侵过程中识别并降解相同的外部DNA元件。

由于CRISPR/Cas系统以长期顺序整合来自入侵病原体的DNA，因此基因分型可用于追踪分离株的克隆性和起源，并将它们定义为经历相同环境条件(包括地理位置(地区))的菌株群体。)和社区/医院环境，并最终进一步扩展到追踪人类社会周围的致病细菌。

CRISPR/Cas系统还可用于开发抗菌剂：引入自靶向crRNA将有效且选择性地杀死目标细菌群体。由于缺乏治疗多重耐药(MDR)感染的有效抗菌药物，研究人员开始寻找对抗MDR感染的替代方法，而不是经历可能持续数十年的开发新抗菌药物的过程。

因此，基于CRISPR/Cas的选择性抗菌药物的概念于2014年首次得到开发和论证。针对特定细菌菌株/物种的基因组位点的编码Cas9和引导RNA的载体可以通过噬菌体或接合细菌递送至目标菌株。菌株。

理论上，工程改造的CRISPR/Cas系统的传递可以特异性地消除细菌群体中的目标菌株，但事情并没有那么简单。

虽然这些系统似乎是操纵/干预的目标，但所有细菌都受到多种途径的调节，以确保细菌保持对过程的控制。因此，使用该系统作为抗菌剂仍然存在几个主要挑战。

大多数方法需要通过缀合来传递重新敏化的系统;该载体由无毒力的实验室菌株携带，该细菌应该通过接合共享载体/质粒。接合过程是细菌进行的自然过程，导致细菌之间(甚至与其他物种)共享质粒。

总细菌群中缀合(成功递送)细菌的百分比对于再敏化效率至关重要。这个过程由几个复杂的途径控制。

细菌还拥有内置的抗CRISPR系统，可以修复CRISPR-Cas系统造成的任何损伤。

细菌用来保护自身免受外来DNA侵害的防御系统通常共定位于细菌基因组中的防御岛(基因组片段，其中包含具有类似功能的基因，可保护宿主免受入侵者侵害);例如：acr(一种与其他类似变体一起作为质粒接合系统阻遏物的基因)经常与其他宿主防御功能的拮抗剂(例如，抗限制性修饰系统)聚集在一起，并且专家假设MGE(移动遗传元件))在“反防御”岛屿上组织他们的反防御策略。

Bitar助理教授总结道：“总之，这种方法作为对抗抗菌素耐药性的替代方法似乎非常有前途。该方法采用了使细菌重新敏感的概念，以便利用现有的抗生素，换句话说，去除它们的抗生素。”耐药性并使他们再次容易受到一线抗生素的影响。

“然而，细菌途径总是很复杂，这样的系统总是受到多种途径的严格调控。必须深入研究这些调控途径，以避免有利于抗CRISPR系统激活的选择性压力，从而以更积极的方式普遍存在耐药性”。