Nature Protocols│北京大学田松海团队发表利用CRISPR筛选技术研究细菌毒素作用机制的实验方案

　　

2024年11月1日，我院天然药物及仿生药物全国重点实验室田松海研究员团队在著名期刊Nature Protocols发表了题为 “Design, performance, processing, and validation of a pooled CRISPR perturbation screen for bacterial toxins” （设计、执行、处理并验证针对细菌毒素的CRISPR文库筛选）的文章。该文章从前期设计、筛选过程、数据处理和机理性验证等四个方面，归纳并总结了典型合并型CRISPR扰动筛选的流程和评价准则，为毒素相关研究提供了标准的实验方案。

病原细菌与宿主的相互作用是传染病的分子基础。这些相互作用涉及多种细菌毒力因子，特别是高度进化的蛋白质类外毒素。毒素在发挥其毒理作用的过程中，通常会挟持部分宿主细胞的蛋白或通路为其所用。例如，通过特异性识别细胞膜表面的受体来实现对靶向细胞的选择性；通过利用宿主细胞的一系列机制来进入细胞质；通过作用于特异性底物来调节关键的细胞生物学功能等。了解相关机制对于传染病的预防及治疗有重要的指导意义。这类研究的核心问题为如何在功能基因组水平发现并表征与毒素相关的宿主因子。近年来高速发展的基于CRISPR体系的正向遗传学扰动筛选技术为这一领域提供了强大的研究工具。

该文在前期一系列实践的基础上，详细介绍了遗传学筛选理论、不同筛选策略的优劣、文库的构建及选择、设计筛选实验的技术考量、以及筛选过程中的技术细节等。该实验方案已成功应用于多种重要毒素（如志贺毒素、蓖麻毒素、艰难梭菌毒素、索氏梭菌毒素、肠球菌穿孔毒素等）的研究，鉴定及表征了一系列重要的宿主因子（如细胞受体等）。除毒素外，该实验方案可广泛应用于其他应用场景，例如研究病原病毒、小分子药物以及细胞信号转导的分子机制等。

典型实验方案示意图

北京大学药学院田松海研究员与波士顿儿童医院董民教授为论文的通讯作者，北京大学药学院2023级博士生秦宇航和2020级本科生吴瑜宣参与了该文的写作。北京大学药学院分子与细胞药理学系、天然药物及仿生药物全国重点实验室为第一单位。该项工作得到了中央高校基本科研业务专项资金、国家自然科学基金等项目的支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41596-024-01075-y

【团队负责人简介】

田松海，博士，北京大学药学院分子与细胞药理学系助理教授、研究员、博士生导师，天然药物及仿生药物全国重点实验室PI，北京大学博雅青年学者。长期从事鉴定及表征生物毒素的受体、发现毒素及小分子药物的分子机理、蛋白质生物工程改造和药用技术开发及转化等方面的研究。迄今以第一作者或通讯作者（含共同）发表SCI论文十余篇，包括Cell、Cell Host & Microbe、Nature Microbiology，Nature Communications等。

天然药物及仿生药物全国重点实验室 供稿