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利用CRISPR干扰和激活系统开发新的抗生素
莱斯大学的生物科学家们设计了一种新型的开关来控制一种细菌的“沉默”基因——多达40个基因。他们基于crispr的策略可能会推动对新抗生素的永久搜索。 图片来源:Andrea Ameruoso/Chappell Lab 在寻找抗生素以减缓疾病治疗中持续的耐药性危机方面，沉默是潜在的黄金。 莱斯大学的生物科学家设计了一种新型的开关来控制一种细菌的“沉默”基因。他们的策略可能会推动对新抗生素的永久搜索。 研究人员定制了CRISPR工具来控制链霉菌中基因的表达，在自然界中，这些基因只在必要时表达。到目前为止，这些基因一直是合成生物学家研究的难点。 生物科学助理教授詹姆斯·查佩尔(James Chappell)说:“随着实验室开始对这些已知能产生一种或几种抗生素的生物进行基因组测序，我们意识到，负责产生抗生素和其他感兴趣的分子的途径比之前认为的要丰富得多。”查佩尔的实验室研究细菌及其改造细菌的方法。 他说:“每个链霉菌菌株现在预计平均能够产生多达40种不同的感兴趣分子，包括抗生素。” Chappell和研究生Andrea Ameruoso领导的这项工作可能会让实验室快速开发出可能的抗生素库，用于对病原体进行测试。值得注意的是，他们表示，虽然CRISPR-Cas9已被用于创建一个平台，以激活像大肠杆菌这样的生物体的基因，但这是首次将其应用于链霉菌。 查佩尔解释说:“链霉菌等细菌已经进化到只在需要时才产生抗生素，比如在土壤等自然环境中。”“当我们在实验室中培养它们时，这是一个人工环境，与它们自然生长的方式非常不同，所以一组基因是沉默的。 “它们是一种遗传暗物质，”他说。“我们无法分离它们表达的化学物质来进行功能性筛选。” 该实验室的新策略消除了将他们的概念证明细菌委内瑞拉菌株(常见抗生素氯霉素的来源)暴露于基因表达的潜在触发器的耗时任务。查佩尔说:“安德里亚的技术在细胞中添加了合成调控器，以人为地刺激或抑制这些通路的表达。” Ameruoso补充说:“现在我们只需要一个蛋白质和一小段RNA，我们就可以去任何我们想要直接抑制或激活给定目标的地方。” 他说，CRISPR技术的出现，使细菌免疫系统机制适应于沿着DNA链定位特定基因，简化了对以前隐藏的基因簇的访问。 Ameruoso说:“链霉菌是一个细菌属，包含多达500个物种，每个物种可以有20到40个这样的基因簇，这些基因簇能够产生抗生素或其他感兴趣的分子。”“所以，一旦我们找到扩大技术规模的方法，它会变得非常强大。” 查佩尔说，设计CRISPR与不同的DNA序列结合很简单。“我们利用它来控制基因表达，”他说。“如果我们想通过一系列不同的途径在一堆不同的物种中做到这一点，理论上应该是可能的。因此，本文为一种新的研究方法奠定了基础。” Ameruoso说他正在研究一种荧光技术来实时观察星团的激活。他说:“主要的挑战是观察团簇激活的深度依赖于从我们产生的提取物中纯化分子。”“这是一个低吞吐量的过程，需要大量的工作。我们想开发一种报告器，在通路被激活时观察荧光信号。” 研究人员指出，这一过程可以用于生产抗真菌和抗癌剂或农业分子。查佩尔说:“我们关注抗生素是因为在历史上的某个时刻，我们观察到它们能杀死微生物。”但这并不一定是它们进化的目的，因为它们也经常被用作细胞之间的通信信号。所以有很多潜在的用途。” 他说，这项研究展示了一种激活沉默通路的重要新方法。“下一代作品的愿景是做大，”他说。“我们证明了它在单一的无声路径上有效。现在我们来研究这一物种的40种途径，然后我们再研究数千种微生物。 Chappell说:“CRISPR-Cas9的强大之处在于它的可扩展性。” 文章标题Activating natural product synthesis using CRISPR interference and activation systems in Streptomyces |
