新型基因编辑技术有望逆转抗生素耐药危机

这些危险细菌常在医院、污水处理设施、畜牧场和渔场大量繁殖。为应对这一日益扩大的威胁，科学家正借助先进的基因技术。加州大学圣地亚哥分校的研究人员目前利用强大的新型基因编辑工具，直接对抗抗生素耐药性。

CRISPR基因驱动策略靶向耐药性
加州大学圣地亚哥分校生物科学学院的伊桑·比尔教授和贾斯汀·迈耶教授合作，研发出一种从细菌群体中清除耐药性特征的新方法。该方法以CRISPR基因编辑为基础，并借鉴了基因驱动的理念——基因驱动常用于昆虫，以阻止携带疟疾寄生虫等有害特征的传播。

研究团队开发了第二代主动遗传学（Pro-AG）系统，名为pPro-MobV。这项更新后的技术旨在在细菌群落中传播，并使细菌对抗生素产生耐药性的基因失去活性。

细胞与发育生物学系的教员比尔表示：“借助pPro-MobV，我们将基因驱动的思路从昆虫领域引入细菌，把它作为一种群体工程工具。通过这种基于CRISPR的新技术，我们可以释放少量细胞，去中和大型目标群体中的抗生素耐药性（AR）。”

遗传盒如何恢复抗生素敏感性
这项研究的基础始于2019年，当时比尔的实验室与维克托·尼泽特教授的团队（加州大学圣地亚哥分校医学院）合作设计了最初的Pro-AG系统。早期版本将一个遗传盒导入细菌，使其能在细菌基因组间自我复制，并关闭抗生素耐药基因。

这个遗传盒专门靶向质粒上携带的耐药基因，质粒是在细菌细胞内复制的小型环状DNA分子。通过插入这些质粒，遗传盒会破坏耐药基因，使细菌重新对抗生素敏感。

通过生物膜和细菌“交配”传播
更新后的pPro-MobV系统通过接合转移（一种类似细菌“交配”的过程）扩展了这一概念，使CRISPR组件能从一个细胞转移到另一个细胞。根据发表在《自然》子刊《npj抗菌剂与耐药性》上的研究结果，研究人员证明该系统可以通过细菌间形成的天然“交配通道”传播，将禁用耐药性的元件分布到整个群体中。

重要的是，该团队表明这种方法在生物膜内部也能起作用。生物膜是密集的微生物群落，它们附着在表面，用标准清洁方法很难清除。生物膜与大多数严重感染有关，它们会形成保护屏障，限制药物渗透，帮助细菌在抗生素治疗中存活。因此，这种新方法在医院、环境清理工作和微生物组工程中可能有重要应用。

比尔说：“在对抗抗生素耐药性时，生物膜环境尤为重要，因为这是临床上或封闭环境（如水产养殖场的池塘和污水处理厂）中最难克服的细菌生长形式之一。据估计，大约一半的抗生素耐药性来自环境，如果能减少从动物到人类的传播，就能对抗生素耐药性问题产生重大影响。”

CRISPR与噬菌体结合
研究人员还发现，他们的主动遗传系统元件可以由噬菌体（即专门感染细菌的病毒）携带。噬菌体已被改造用于对抗抗生素耐药性，它们能绕过细菌的防御系统，将破坏性遗传物质送入细胞。该团队设想pPro-MobV与这些经过改造的噬菌体协同作用，以增强效果。

作为额外的安全保障，该平台可以包含一个称为基于同源性缺失的过程，必要时科学家可以移除插入的遗传盒。

生态学、行为与进化系教授迈耶研究细菌和病毒的进化适应，他说：“据我所知，这项技术是少数能主动逆转抗生素耐药基因传播的方法之一，而不仅仅是减缓或应对其传播。”