CRISPR放大招——讓耐葯病菌「自裁」

知識 07-02

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利用基因工程手段在病毒身上做些手腳，讓細菌「自裁」以「告慰天下」，或許將成為對付抗生素抗性的一大利器。

不久前在美國蒙大拿州舉辦的2017年度CRISPR大會上傳來這樣一則消息：好幾個生物技術公司已經行動起來，它們將目光瞄準了一類被稱為噬菌體的病毒，在經過CRISPR基因編輯系統的改造後，能夠殺死特定類型的細菌。預期這些公司最快將於明年開展臨床試驗。

Rodolphe Barrangou是一個名為Locus Biosciences的生物技術公司的首席科學官，他表示，初步實驗已經證明，在用對抗生素已產生了抗性的細菌感染小鼠後，在噬菌體的幫助下這些小傢伙的命保住了。

Rodolphe Barrangou。圖片來源：North Carolina State University

人類對噬菌體並不陌生，很早就從自然界分離並純化出這類病毒，並用來對付各種細菌感染，在東歐地區尤其盛行。由於噬菌體只感染特定類型的細菌，因此對人體天然攜帶的微生物不會造成多大的影響，這點與抗生素頗為不同，後者往往不分清紅皂白，把好的壞的一起殺死。有鑒於此，通常噬菌體治療法安全係數比較高。

噬菌體（綠色）在攻擊細菌（橙色）。圖片來源：AMI Images / SPL

不過，理想很豐滿現實很骨感。真實的情況是噬菌體治療手段發展得相當緩慢，部分原因在於這類病毒是天然存在的，所以難以申請專利。另一方面，細菌也會很快產生對天然噬菌體的抗性，這意味著即便是要對付同一種細菌，研究人員也得不斷從自然界中篩選出新的噬菌體。對於藥品監管部門來說，一旦有新的治療手段出來就去授權批准，在實踐上是很難操作的。

為了避免這些麻煩，以Locus為代表的一眾生物技術公司正在對噬菌體進行一番改造，目的是利用CRISPR免疫系統讓細菌自我毀滅。「Locus版」噬菌體的目標是那些對抗生素產生抗性的細菌，其CRISPR系統包含著可向經修改過的指導RNA（其鎖定目標為抗生素抗性基因）發出指令的DNA。一旦這種噬菌體感染了細菌，指導RNA基因就會「抓住」抗性基因。這會激發一種名為Cas3的酶，正常情況下，細菌本會利用這種酶消滅掉噬菌體，然而，在這裡所述的情形下，該酶卻會拿基因序列開刀，最終將全部DNA破壞得乾乾淨淨，細菌也就此一命嗚呼了。「看著細菌被噬菌體用此種手段給幹掉，倒頗有幾分諷刺意味。」Barrangou這樣說道。

坐落於法國巴黎的Eligo Bioscience公司採用了一種類似的方法：拿走讓噬菌體複製的遺傳指令，代之以插入編碼指導RNA和Cas9酶的DNA。Cas9可在特定位點剪開細菌DNA，最終導致細菌自我崩潰。Eligo總經理Xavier Duportet表示，該系統將會瞄準人類腸道致病菌，不過他拒絕透露具體對象。

Xavier Duportet。圖片來源於網路

上述兩家公司希望能在未來的18-24個月內開展臨床試驗。它們的初始目標是那些會引發嚴重疾病的細菌感染。終極目標則是：開發出能夠精確把控人體微生物群落的噬菌體，將與肥胖症、孤獨症和某些癌症相關的自然產生細菌驅除出去。

Barrangou和Duportet也承認，目前人體微生物群落與很多疾病的因果關係尚不明晰。不過，他們希望，待到所開發出的療法在人體身上足夠安全和有效時，能夠對這種因果關係有更深入的了解。麻省理工學院合成生物學家、Eligo聯合創始人Timothy Lu亦指出，研究人員也可以在實驗動物身上測試噬菌體的功效，這有助於揭示諸如孤獨症之類的病症與細菌之間到底存在何種關聯。此外，也有一些公司打算利用噬菌體執行完全不同的任務。

儘管前景看好，對於經過改造的噬菌體而言，仍有一些難關亟待克服。美國常青州立學院微生物學家Elizabeth Kutter表示，應對感染或需要攝入大量噬菌體，現在還不清楚這是否會觸發免疫反應——某些免疫反應會給治療帶來負面影響。她還提醒道，噬菌體亦有可能將抗性基因傳播給那些非抗性菌。

Lu補充道，即便是對噬菌體，細菌也會發展出抗性。因此，研究人員或許得不斷更新自己的噬菌體版本，以跟上細菌突變的步伐。

困難雖然很多，但面對抗生素抗性迅猛傳播的嚴峻現實，研究人員表示：無論是天然的噬菌體還是經過改造的噬菌體，在對抗疾病領域仍大有可為。

編譯自：

http://www.nature.com/news/modified-viruses-deliver-death-to-antibiotic-resistant-bacteria-1.22173

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