Cell子刊：CRISPR遗传分析系统发现感染的惊人变化

科学家们利用CRISPR干扰系统研究小鼠肺炎模型中的毒力基因，发现了肺部感染疾病进展的惊人变化。

　　

加州大学圣克鲁兹分校的一组传染病研究人员开发了一种新方法，可以用于鉴定肺炎链球菌（细菌性肺炎的主要原因）中的毒力基因。他们在感染肺炎的小鼠模型中使用该技术，获得了关于这种疾病进展及其与流感病毒相互作用的新见解。

相关研究成果公布在10月28日的Cell Host Microbe杂志上。

“细菌性肺炎在病毒感染后更为普遍，而且更致命。从历史上看，流感爆发期间的很多死亡（例如1918年大流行）都是由于肺炎球菌性肺炎，”文章一作Jacqueline Kimmey说。

Kimmey和她的同事开发了一种功能基因分析的新方法，鉴定驱动肺炎链球菌致病性的基因。他们的方法建立在今年获得诺贝尔化学奖CRISPR强大基因编辑技术的基础上，可以通过CRISPR干扰对其进行修饰，选择性沉默靶标基因。为此研究人员创建了一个肺炎链球菌菌株库，其中每个细菌的基因都受到一种细菌菌株CRISPR干扰的靶向。

CRISPR干扰系统由doxycycline诱导，用于靶向沉默基因的导向RNA上的遗传“条形码”使研究人员能够在感染后轻松跟踪每个菌株。通过一个简单的测序步骤，他们就可以鉴定出哪些菌株能够存活并在小鼠中引起感染。

Kimmey解释说：“这是关闭单个基因，并找出哪些基因是重要基因的非常有效方法。”

这一系统还使研究人员能够评估大多数细菌死亡时感染的关键阶段。“肺部实际上真的很擅长清除感染。即使当我们给小鼠大量添加细菌时，也存在瓶颈问题，而且很少有细菌将其带入血液。”

研究人员估计，只有25个细菌细胞可以存活并引起疾病。他们还发现了惊人的数量变化，即使小鼠在基因上是相同的，并且是通过严格控制的方案感染的，瓶颈的影响使基因沉默的效果失效，导致对照小鼠与细菌基因沉默的小鼠之间差异很小。

然后，研究人员向系统中添加了流感病毒，在引入肺炎链球菌之前，先用A型流感病毒感染了小鼠。在预先感染了流感的小鼠中，没有出现瓶颈问题，并且相对少量的细菌引起了肺部的广泛感染。这使研究人员能够评估基因沉默对细菌毒性的影响。

结果表明，几种基因在肺炎球菌感染中具有重要作用，包括在先前研究中被鉴定为致病因子的基因，例如bacterial capsule基因。

出乎意料的是，细菌主要毒素基因：肺炎球菌溶血素似乎对感染的发展不是必需的。研究人员说，再加上其他最近的发现，这表明肺炎球菌溶血素对于传播而言，可能比对宿主的存活更为重要。

肺炎链球菌感染的一个神秘方面就是它是上呼吸道非常常见的定居者，而在大多数人中不会引起疾病。“我们真的不知道该控制什么，似乎通常没关系。但是病毒感染可能使患者易患病，并增加了细菌性肺炎的风险。”

为了更好地了解这项研究中发现的可变结果，Kimmey计划使用CRISPR干扰系统来更详细地研究感染的进程。在临床环境中，疾病进展的变异性可归因于多种因素。在这项对照研究中，感染过程本身似乎变化很大。

（生物通）

原文标题：

Exploration of Bacterial Bottlenecks and Streptococcus pneumoniae Pathogenesis by CRISPRi-Seq

https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(20)30559-X​