科学家已开发出一种受基因驱动启发的CRISPR工具，该工具可在细菌群落中传播并删除抗生素耐药基因。这项突破有望恢复抗生素在医院、农场及污染环境中的效力。图片来源：Shutterstock
近年来，抗生素耐药性（AR）迅速加剧，已演变为严重的全球健康紧急事件。致病细菌持续进化出新的生存机制，使原本有效的治疗方法失效。因此，耐药"超级细菌"不断扩散，预测显示到2050年每年可能导致全球超1000万人死亡。
这些危险细菌常在医院、废水处理厂、牲畜养殖场和鱼类养殖场滋生。面对日益扩大的威胁，科学家正转向先进基因技术。加州大学圣地亚哥分校生物科学学院的埃坦·比尔教授与贾斯汀·迈耶教授合作，创建了清除细菌群体耐药特性的新方法。他们的方案基于CRISPR基因编辑技术，并借鉴了用于阻断疟疾寄生虫等有害性状传播的昆虫基因驱动原理。
研究团队开发了名为pPro-MobV的第二代主动遗传学（Pro-AG）系统。该升级版技术设计用于在细菌群落中扩散，使细菌抵抗抗生素的基因失效。
"通过pPro-MobV，我们将基因驱动思维从昆虫领域引入细菌种群工程工具，"细胞与发育生物学系教授比尔表示，"借助这种新型CRISPR技术，我们只需少量细胞就能中和大范围目标群体中的抗生素耐药性。"
基因盒如何恢复抗生素敏感性
这项工作的基础始于2019年，当时比尔实验室与维克多·尼泽特教授团队（加州大学圣地亚哥医学院）合作设计了原始Pro-AG系统。早期版本将基因盒引入细菌，使其能在细菌基因组间自我复制并关闭耐药基因。该基因盒专门靶向质粒携带的耐药基因——质粒是细菌细胞内复制的小型环状DNA分子。通过插入这些质粒，基因盒破坏耐药基因，使细菌重新对抗生素敏感。
在生物膜与细菌交配中传播
新型pPro-MobV系统通过接合转移（类似细菌交配的过程）扩展该概念，实现CRISPR组件在细胞间的移动。根据发表在《自然》子刊《抗菌与耐药性》的研究成果，该系统能通过细菌间形成的天然交配通道传播，将耐药消除元件分布至整个种群。
重要的是，团队证实该方法在生物膜内同样有效。生物膜是附着在表面的致密微生物群落，以常规清洁手段极难清除。它们引发多数严重感染，并通过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，这项新技术在医院感染控制、环境净化及微生物组工程领域具有重要应用价值。
"在生物膜环境中对抗抗生素耐药性尤为关键，因为这种细菌生长形态在临床或水产养殖池、污水处理厂等封闭环境中最难清除，"比尔强调，"若能减少动物向人类的耐药传播，将对解决抗生素耐药问题产生重大影响——据估算，约半数耐药问题源自环境。"
CRISPR与噬菌体协同作用
研究人员还发现，其活性遗传系统的组件可由噬菌体（自然感染细菌的病毒）运输。噬菌体正被改造用于突破细菌防御，将破坏性遗传物质递送至细胞内部。研究团队设想pPro-MobV能与这些工程噬菌体协同工作，强化整体效果。作为额外保障，该平台包含基于同源性的删除机制，使科学家能按需移除插入的基因盒。
"据我所知，这项技术是为数不多能主动逆转耐药基因扩散的方法，而非仅减缓或应对扩散，"研究细菌与病毒进化适应机制的生态学、行为与进化系教授迈耶表示。
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