细菌界的“基因导弹”:抗菌无人机如何对抗超级细菌?

细菌界的“基因导弹”:抗菌无人机如何对抗超级细菌?

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来源:汪智
2025-06-26 10:56:17
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核心提示:改造的噬菌体载体(ABD)搭载CRISPR武器可精准杀灭耐药菌,但常用抗生素标记基因tetM竟干扰ABD效能!替换为镉抗性基因cadA后,递送效率提升20倍,为抗耐药菌疗法开辟新路径。

ABD是一种基因工程改造的细菌杀手,其核心设计包括:利用金黄色葡萄球菌致病岛(SaPI一类可在细菌间自然转移的移动遗传元件。武器系统:将SaPI原有的毒力基因替换为CRISPR/Cas9靶向切割细菌关键基因(如agrA),直接杀死宿主菌。抗性标记:最初选用四环素抗性基因(tetM)用于追踪ABD。递送方式:借助辅助噬菌体的包装能力,将ABD DNA包裹在噬菌体样颗粒中,像微型导弹一样侵入目标细菌。与传统抗生素不同,ABD能精准攻击耐药菌,且不受抗生素耐药性影响。

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评估ABD效能时,研究者发现一个惊人矛盾,搭载CRISPR武器的ABD实际杀灭的细菌数量,比通过tetM标记检测到的转导菌落数高出5-23倍。单细胞追踪显示,携带tetMABD进入细菌后,仅50%成功整合到染色体。剩余50%在细胞内游荡长达30代才整合,期间反复表达CRISPR导致细胞死亡。即使不添加四环素,tetM本身也会延迟ABD DNA整合。将tetM替换为镉抗性基因(cadA)后,ABD整合效率立即提升。TetM蛋白通过改变核糖体结构解除四环素抑制,可能意外干扰DNA修复或整合。四环素存在时直接阻断蛋白质合成,进一步抑制抗性表达。

在真实病原体中测试ABD时,发现新障碍,实验室标准菌株(如NCTC8325):ABD杀伤效率近100%。临床菌株(如USA300):>95% ABD递送失败,因细菌限制酶降解外源DNA。菌株Newman携带的前噬菌体φNM1使ABD整合效率降低30倍。70个感染细胞中仅1个成功整合ABD。改造ABD绕过限制系统或联合使用限制酶抑制剂。

抗生素抗性基因不仅是工具,还可能破坏基因治疗载体功能。本研究重新定义效价,杀伤率而非转导率才是ABD的核心效能指标。细菌限制系统与前噬菌体是基因疗法的重要路障。

参考文献:

Dhasmana, N., Ram, G., McAllister, K. N., Chupalova, Y., Lopez, P., Ross, H. F., & Novick, R. P. (2021). Dynamics of Antibacterial Drone Establishment in Staphylococcus aureus: Unexpected Effects of Antibiotic Resistance Genes. mBio, 12.

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