基于CRISPR-Cas的工程噬菌体：选择性减少小鼠体内大肠杆菌负担

近年来，随着抗生素耐药性问题的日益严重，科学家们开始探索新的抗菌策略。其中，利用噬菌体作为抗菌工具的研究逐渐受到关注。噬菌体是一种专门感染细菌的病毒，具有高度特异性，能够精准地靶向特定的细菌种类。然而，传统的噬菌体疗法存在一些局限性，例如噬菌体的宿主范围较窄、难以精确控制感染过程等。为了克服这些挑战，科学家们尝试将CRISPR-Cas基因编辑技术与噬菌体结合，开发出一种新型的工程噬菌体，用于选择性减少特定细菌的负担。

2025年发表在Nature Biotechnology杂志上的一篇名为Engineered phage with antibacterial CRISPR-Cas selectively reduce E. coli burden in mice研究中，科学家们成功开发了一种基于CRISPR-Cas系统的工程噬菌体（CAPs），用于选择性减少小鼠体内大肠杆菌的负担。

大肠杆菌是一种广泛存在于人类和动物肠道中的细菌，但在某些情况下，它也可能成为致病菌，导致尿路感染、肠道感染等疾病。传统的抗生素治疗虽然有效，但随着耐药菌株的出现，这种治疗方法的局限性日益显现。因此，研究人员希望通过开发一种新型的抗菌策略，利用噬菌体携带CRISPR-Cas系统，特异性地靶向并杀死有害的大肠杆菌，同时保留肠道内的有益菌群。

研究团队首先选择了8个靶向大肠杆菌的裂解性噬菌体，并将其与CRISPR-Cas系统结合，构建了一种新型的工程噬菌体（CAPs）。还选择了四种最互补的噬菌体组合并命名为SNIPR001。这种噬菌体携带的CRISPR-Cas系统能够识别并切割大肠杆菌基因组中的特定序列，从而实现精准杀菌。为了验证该系统的有效性，研究人员在体外实验中测试了CAPs对82株不同大肠杆菌菌株的杀菌效率，并进一步在小鼠模型中评估了其在体内环境中的表现。

研究人员发现，CAPs能够显著降低大肠杆菌的数量，平均减少幅度达到3.5 log10 CFU/mL。在82株测试的大肠杆菌中，CAPs成功将细菌数量降低至检测限以下（约6 log10 CFU/mL），表明其具有极高的杀菌效率。在小鼠模型中，研究人员通过口服或局部注射的方式将CAPs递送到小鼠体内，并观察其对大肠杆菌的抑制效果。结果显示，CAPs能够显著减少小鼠肠道中的大肠杆菌负担，同时对肠道内的其他有益菌群没有明显影响。研究还发现，CAPs在生物膜环境中依然能够有效杀死大肠杆菌。生物膜是一种由细菌分泌的多糖基质形成的保护性结构，通常对抗生素具有较强的耐药性。CAPs在生物膜环境中的高效杀菌能力表明，该系统可能在复杂感染环境中具有潜在的应用价值。

这项研究为噬菌体疗法提供了一种全新的技术平台，通过结合CRISPR-Cas系统的精准基因编辑能力，工程噬菌体能够实现对特定细菌的高度选择性杀菌。这种方法不仅能够有效减少抗生素的使用，还能避免对肠道内有益菌群的破坏，具有重要的临床应用前景。

然而，该技术仍面临一些挑战。例如，如何进一步提高CRISPR-Cas系统的递送效率，以及如何确保其在复杂生物环境中的长期稳定性。未来的研究可以探索更多的CRISPR-Cas变体，并优化噬菌体的设计，以提高其在不同环境中的适应性和杀菌效率。

参考文献：doi: 10.1038/s41587-023-01759-y