抗生素耐药性的危机就在我们身上，世界对此毫无准备。在美国，每年将有200万人感染抗药性细菌。即使研究人员开发出新的抗生素，耐药性的出现也很快，在引入后仅五年。目前的抗生素策略是非特异性的——它们伤害任何没有耐药基因的细菌细胞，允许耐药细菌繁殖，将耐药基因传播到整个细菌群体。但是，如果我们可以用一种武器专门针对毒性或抗生素抗性细菌，而这些细菌对这种武器产生耐药性的可能性较小，那又会怎样呢？克里斯普可以提供一种方法来实现这一点。尽管这些药物的交付仍面临挑战，CRISPR抗菌剂可能成为我们抵御细菌的最新防线。
抗生素耐药性问题
最抗生素针对三个基本过程之一：细胞壁合成、DNA复制或蛋白质合成。因为抗生素针对的是这些通用过程，所以抗生素不仅会影响引起感染的细菌，还会改变个体的天然有益菌群。目前，还没有抗生素策略只针对毒性或抗药性细菌，不适当的抗生素使用会选择抗药性细菌，使它们能够繁殖和繁殖抗药性基因。
我们的社会希望通过多种途径对抗抗生素耐药性。包括Chipotle和Panera Bread在内的大型连锁餐厅已承诺杜绝其供应商使用抗生素，公共卫生和医疗组织正在努力帮助公众了解正确使用抗生素的方法。尽管这些措施值得称赞，但它们可能无法解决日益严重的问题。最重要的是，我们需要新的抗菌素，理想的是抗药性发展缓慢的抗生素。CRISPR可能正是启动对抗抗生素耐药性斗争所需的方法。
CRISPR相对于传统抗生素的优势
CRISPR相对于传统抗生素的潜在优势显而易见。如中所述这篇博文，大多数细菌的非同源末端连接机制较差，因此CRISPR诱导的基因组双链断裂（DSB）是致命的。如果这种DSB发生在质粒上，质粒将从细菌中清除，这也可能导致细胞死亡。CRISPR还可以提高特异性——定制CRISPR抗菌剂可以针对单一毒力细菌物种中的特定序列，甚至是抗生素耐药基因，而不是针对大多数细菌所必需的过程。重要的是，本地非致病性细菌仍然存在，以帮助重新定居的生态位，减少机会感染的机会，如像艰难梭菌.
2014年，Citorik等人。和比卡德等人。开发了序列特异性、抗菌性、基于质粒的CRISPR系统(在这里找到Citorik质粒)在这两种情况下，他们都使用了仅在某些细菌中发现的1-2个CRISPR crRNAs靶向序列（图1）。Citorik等人，以β-内酰胺和喹诺酮类药物耐药基因为靶点大肠杆菌使用质粒和噬菌体载体递送系统。噬菌体介体是一种含有噬菌体复制源的质粒，可使用辅助系统将其包装成不能复制的噬菌体颗粒。这些CRISPR抗菌剂成功地使β-内酰胺耐药人群对该抗生素重新敏感，尽管该耐药基因由高拷贝质粒编码。在基因组编码的喹诺酮类耐药的情况下，通过DNA回旋酶中的单个碱基对变化介导，CRISPR噬菌体仅对耐药细菌具有细胞毒性。
比卡德等人使用噬菌体抗体系统来靶向毒菌金黄色葡萄球菌，一种常见的院内感染。两轮噬菌体酰胺处理足以消灭该毒株。在第一轮治疗中未被杀死的细菌要么没有得到噬菌体抗体，要么失去了噬菌体抗体，要么得到了有缺陷的噬菌体抗体；Bikard等人没有观察到目标位点的任何突变。在小鼠皮肤定植模型中，噬菌体酰胺处理降低了强毒株的比例金黄色葡萄球菌在24小时内从50%降至11%。
利用噬菌体提高CRISPR的传递和效力
两组均未观察到对CRISPR抗菌素的实质性耐药性，他们认为针对多种耐药性/毒力因子可能进一步降低这种可能性。这些技术的关键问题是有效的输送，因为抗菌剂必须到达每个细胞，否则治疗后会有少量耐药细胞重新进入环境。这两篇论文中使用的噬菌体系统与哺乳动物病毒载体相似，因为载体存在复制缺陷。因此，一项研究需要大量噬菌体188完整比分直播体内治疗。
CRISPR抗菌剂的另一个策略是将其与具有复制能力的噬菌体和抗生素结合。噬菌体疗法随着抗生素的引入而过时，但该领域目前正在经历一次复兴。Yosef等人。设计了一个双噬菌体CRISPR系统，对抗生素耐药细菌进行再致敏（图2）。引入的第一个噬菌体是溶原性的，整合到细菌基因组中，它携带CRISPR机制，目标是1）给定的抗性基因和2）第二个溶原性噬菌体。接受这种噬菌体的细菌现在对抗生素敏感，但对溶解性噬菌体有抵抗力。当引入裂解噬菌体时，它只针对具有抗生素抗性的细菌。一旦这些细菌被杀死，抗生素就可以用来对付敏感人群。Yosef等人的概念验证工作针对两种不同的β-内酰胺耐药基因，同样具有很高的特异性。这种双噬菌体系统既有利于抗生素敏感细菌，又防止敏感细菌获得耐药基因。Yosef等人认为，它在以前抗生素耐药细菌盛行的医疗环境中可能很有价值。
噬菌体可用于提供上述三种系统中的任何一种，但需要注意的是，噬菌体是非常多样的，每个噬菌体都有一个狭窄的细菌宿主范围。为了进一步开发潜在的临床应用，安藤等人。最近设计的合成噬菌体，每一种都基于研究充分的T7噬菌体，以针对各种类型的细菌。在混合群体中，它们的噬菌体对某些细菌具有高度特异性，就像CRISPR靶向方法一样。噬菌体鸡尾酒可用于针对多种类型的致病性或耐药性细菌。
具有讽刺意味的是，细菌免疫系统CRISPR有朝一日可能会被用来对付最难杀死的细菌。在使用噬菌体衍生载体携带CRISPR的过程中，我们正在扭转细菌的局面。未来的研究将表明，这一新策略是否能帮助我们在对抗细菌超级病菌的斗争中赢得胜利。
工具书类
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- 从本文中找到质粒在Addgene.
2.利用CRISPR-Cas核酸酶生产序列特异性抗菌剂自然生物技术公司。32(11): 1146-50.(2014). PubMed：PMID 25282355. 公共医疗中心：PMCID:PMC4317352.
3.贝塞尔、蔡斯、艾哈迈德·戈马和鲁道夫·巴兰古。“新一代抗菌剂的CRISPR设计。”基因组生物学。15(11):516. (2014). PubMed：PMID 25417800.公共医疗中心：PMCID PMC4282009.
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