利用 CRISPR 基因編輯,可對付具抗藥性的金黃色葡萄球菌

作者 | 發布日期 2018 年 11 月 10 日 0:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

金黃色葡萄球菌是一種在環境或人體都相當普遍存在的細菌,健康情況下並不會引發什麼嚴重症狀。但由於抗生素濫用,有些金黃色葡萄球菌的菌株已形成抗藥性,當免疫系統式微時,即使沒有傷口也可能受抗藥性金黃色葡萄球菌感染。如何對抗「超級細菌」一直是醫學界相當頭痛的難題。



最近,科學家研發一種對付抗生素耐藥性(antibiotic-resistance)金黃色葡萄球菌的新方法。利用微生物會互換基因來使自己變得更有害的天性,把細菌中帶有危險特徵的 DNA 片段去掉,轉而消滅細菌。

稱為致病島(pathogenicity islands)的 DNA 片段可在細菌菌株之間跳躍,引入使菌株更有害的毒素生成基因。所謂致病島是指微生物透過基因水平轉移獲得的一種基因組島(Genomic island),通常出現在動物和植物的病原體微生物基因組裡。致病島可以透過噬菌體(bacteriophage)、質體(Plasmid)或轉座子(Transposon)接合來達到基因轉移。因此,致病島能促進微生物進化。

科學家現在用小鼠能殺死金黃色葡萄球菌的基因取代毒素生成基因,來修飾致病島。研究人員在《自然─生物技術》(Nature Biotechnology)期刊說,如果這種方法適用於人類,它可以當作傳統抗生素的替代品,有朝一日可用來對付致命抗藥性葡萄球菌菌株。

科學家想到:若將 DNA 片段綁在一起,便可以容易進入細菌傳遞新的基因。研究人員將這些 DNA 包裹得像特洛伊木馬送進細菌中,再透過基因編輯工具 CRISPR/Cas9 在特定位置剪切 DNA,取代原本的毒素生成基因。

第一個實驗版本中,Cas9 切割葡萄球菌的 DNA 以殺死細菌。另一個版本,修飾過的 CRISPR/Cas9 不進行任何切割,而是透過 Cas9 與可控制葡萄球菌危險程度的基因結合,進而降低感染效果。

美國尚未批准無人機治療

研究人員測試這些載有 DNA 的包裹,它們在小鼠中被稱為「無人機」(drone),將這兩種版本個別注射到老鼠皮下時,均能阻止老鼠生成膿腫(abscess)。且接受第一個版本注射的小鼠(也就是被 Cas9 切割的葡萄球菌),儘管體腔內注入原先應造成死亡的金黃色葡萄球菌,這些小鼠仍免於一死。

所謂無人機治療(drone treatment)有點類似於噬菌體治療(phage therapy)。噬菌體是一種專門感染細菌的病毒,噬菌體療法被視為抗生素的替代品,患者被施予好幾種不同噬菌體,能用於對付具多重抗藥性的細菌。但到目前為止,這種療法還是一種實驗性治療,在美國尚未被批准使用,東歐則已很常見。

但紐約大學醫學院(New York University School of Medicine)的微生物學家、也是共同作者 Richard Novick 認為,無人機療法更簡單。「噬菌體若要殺死細菌,必須要在細胞內複製。但是對無人機,它所需做的就是表達一個關鍵基因,這便足以殺死細菌。」

維吉尼亞聯邦大學醫學院(Virginia Commonwealth University School of Medicine)微生物學家 Gail Christie 沒有參與這項研究,但他也表示:「這是一個能有效針對葡萄球菌治療的方法。」

然而,細菌的抗藥性可能仍是新方法需要面對的問題。有些在小鼠體內的細菌菌株對這兩種版本的處理都沒有反應,Novick 表示,如果無人機療法最終能發展到臨床,患者可能需接受好幾種不同方式靶向細菌的無人機。

下一步將測試該治療系統在其他由葡萄球菌引起的感染如肺炎(pneumonia),是否也有效。

(首圖為電子顯微鏡圖像,紫色球體為金黃色葡萄球菌,正被白血球攝入;來源:Flickr/NIAID CC BY 2.0)