150万美元资助：“基因编码抗生素”

莱斯大学(Rice University)合成生物学家开始了一项为期三年的研究项目，旨在创造“基因编码抗生素”，这是一种细菌很容易复制和分享的RNA编程链，由于隐藏的触发器可以识别“毒力基因”或致病菌的其他独特特征，这种RNA编程链将选择性地杀死致病细菌。

　　

   

   

图片:莱斯大学的生物科学家James Chappell(左)和Joff Silberg的目标是创造“基因编码抗生素”，细菌可以很容易地复制和共享RNA链。这种RNA将选择性地杀死致病细菌，这要归功于一种触发机制，该机制将被“毒力基因”或仅在细菌病原体中发现的其他生物标记物激活。

图源:杰夫·菲特洛/莱斯大学

莱斯大学的合成生物学家正在着手一项为期三年的项目，以创造“基因编码抗生素”，细菌容易复制和共享的RNA链，将选择性地只杀死致病细菌。

“大多数细菌对人类健康没有威胁，”莱斯大学生物科学和生物工程助理教授詹姆斯·查佩尔说。“作为合成生物学家，我们面临的问题是，‘我们能否创造出在微生物群落中移动的遗传程序，并精确地将不良分子从这些群落中移除?’”

得益于克莱伯格基金会150万美元的资助，查佩尔的实验室和莱斯大学生物科学家和生物工程师乔纳森·“乔夫”·西尔伯格的实验室有机会通过招募对人类有益或对人类没有威胁的细菌来测试他们对抗抗生素耐药性的想法。

在原型测试中，他们表明他们可以设计出具有高度针对性和强效的RNA程序，在几个小时内杀死99.99%的“坏角色”病原体。在这个为期三年的项目中，他们还计划与德克萨斯大学MD安德森癌症中心的Pablo Okhuysen博士合作，设计对引起腹泻的大肠杆菌有效的RNA抗生素，以及选择性杀死机会性乳杆菌的RNA药物，这种病原体与宫颈癌放射治疗耐药性有关。

另一个项目的目标是建立RNA抗生素的“设计规则”，确定它们的效力，并建立一个自动化平台，能够在几天内为个别患者设计廉价的、量身定制的RNA抗生素。

查佩尔说:“传统抗生素很好。“他们杀死坏演员。但它们通常是系统性的。所以它们消灭了所有的有益细菌和有害细菌。我们正试图更加具体。”

西尔伯格说，这个想法来自疫情期间几乎每天在莱斯大学校园散步时的谈话。

“我们都在去密度化，我们成了散步的伙伴，”西尔伯格说。“我们最后走了一圈。感觉每周都有那么几天。这就是由此产生的流行病项目。”

查佩尔的实验室专门利用被称为RNA的核酸分子创建遗传程序。和DNA一样，RNA存在于所有的活细胞中。RNA在结构上与DNA相似，而DNA是生命永久存储信息的首选媒介。RNA是细胞机器所使用的介质，它“读取”DNA并为细胞的其他部分“写入”可操作的指令。

查佩尔说:“很长一段时间以来，人们只是认为RNA是从DNA到蛋白质的被动中间产物。”“但我们现在知道，它实际上能做更多的事情。它可以感知事物，调节基因表达和催化反应。它是一种功能非常多功能的分子。”

西尔伯格实验室的一个重点是利用合成生物学来探测微生物群落，并更好地了解它们在自然界中如何集体工作，以推动远远超过其规模的过程。例如，土壤细菌在土壤发育、水质、作物产量和温室气体排放方面发挥着关键作用。他的团队创造了生物电子传感器，这种细胞可以测量过程，记录和存储它们所感知到的数据，甚至可以实时传递这些信息。

他们在大流行行走期间产生的想法是创造RNA程序，可以像传统抗生素一样杀死细菌，但以一种与传统抗生素根本不同的有针对性的方式杀死细菌。

查佩尔说:“传统的方法是发现一种能够杀死细菌的化学物质，并将其作为药物使用。”

在第二次世界大战后抗生素广泛使用之前，高达25%的死亡归因于感染。抗生素的非特异性及其过度使用导致了耐药病原体的激增。随着抗生素发现率的下降和药物开发成本的飙升，公共卫生官员开始警告说，“后抗生素”时代正在迅速到来。

西尔伯格说，基因编码抗生素只会影响目标病原体，从而限制耐药性的出现。

“抗生素管理是一个真正的问题，”西尔伯格说。“我们把化学抗生素扔给动物和人类。它们无处不在，它们影响着任何地方的微生物。合成生物学的方法是不同的，因为它允许你创造一些实际上对微生物无害的东西，直到它撞上有害微生物。”

为了实现这种有针对性的方法，致命编程被设计成只有当它看到只在致病微生物中发现的“不良行为者”基因时才会起作用。

西尔伯格说，RNA指令可以有效地说，“坏大肠杆菌的不同之处在于……当你看到它时，就打开抗生素。”

查佩尔说:“这有点像让坏细胞中的指令与自己作对。我们使用一种独特的签名，这对致病的生活方式至关重要，我们以此启动项目。”

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