噬菌體療法重出江湖，會是抗生素耐葯菌的新剋星嗎？

原文以Modified viruses deliver death to antibiotic-resistant bacteria為標題

發布在2017年6月21日的《自然》新聞上

原文作者：Sara Reardon

利用CRISPR改造的微生物使細菌的免疫應答攻擊其自身。

對病毒進行基因改造，使之引發細菌「自殺」，或許是對抗抗生素耐藥性感染的下一個手段。

噬菌體（綠色）攻擊細菌（橙色）。研究人員希望使用經過改造的病毒對抗抗生素耐藥性。

AMI Images/SPL

根據上周在美國蒙大拿州舉行的2017年度CRISPR大會上的一份報告，多家公司已經利用CRISPR基因編輯系統改造了這類被稱為噬菌體的病毒，使之能夠殺死特定類型的細菌。這些公司最快將於明年開始臨床試驗。

北卡羅來納州Locus Biosciences公司的首席科學官Rodolphe Barrangou在大會上表示，初步測試顯示，這些噬菌體挽救了原本將死於抗生素耐藥性感染的小鼠。

長久以來，從自然界分離並提純的噬菌體一直被用於治療人類感染，尤其是在東歐地區。這些病毒只感染特定種類細菌或細菌菌株，因此對人體的天然微生物組的影響比抗生素要小。人們普遍認為它們可以被非常安全地用在人類身上。

不過，噬菌體療法一直發展緩慢，部分原因在於這些病毒是天然存在的，無法申請專利。細菌也可以快速演化出對天然噬菌體的抗性，這意味著研究人員必須不斷地分離出新的能夠對抗相同細菌菌株或同種細菌的噬菌體。而對於監管機構來說，不斷地審批新療法也較難落實。

利用CRISPR驅動細菌死亡

為了避免這些問題，Locus和另外幾家公司正在對噬菌體進行改造，改造後的噬菌體能使細菌免疫系統CRISPR將矛頭轉向自身。Locus的噬菌體的目標是具有抗生素耐藥性的細菌，其CRISPR系統包含了可以給改造後的嚮導RNA發出指令的DNA，而嚮導RNA鎖定的是抗生素耐藥性基因的部分。噬菌體一旦感染了某細菌，嚮導RNA即「抓住」它的耐藥性基因。這會促使Cas3酶摧毀該基因序列，而在正常情況下細菌會產生這種酶來殺死噬菌體。最終，Cas3會摧毀所有DNA，殺死細菌。「我現在覺得像這樣利用噬菌體殺死細菌有點諷刺，」Barrangou說。

另一家位於巴黎的公司Eligo Bioscience也採用了類似的方法。它刪除了所有允許噬菌體複製的基因指令，並插入可以編寫嚮導RNA和細菌酶Cas9的代碼的DNA。Cas9在指定位點剪斷細菌DNA，引起細菌自我毀滅。Eligo的首席執行官Xavier Duportet表示，該系統將來的目標是人體腸道病原體，不過他拒絕透露具體是哪些病原體。

這兩家公司希望在未來18-24個月內開始臨床試驗。他們的第一個目標是治療會引發嚴重疾病的細菌感染，但是，最終目標是通過消除與肥胖症、自閉症和某些癌症相關的天然產生的細菌，開發能夠精準改造人體微生物組的噬菌體。

Barrangou和Duportet二人都承認，目前人體微生物組與這些疾病的因果關係仍不確定。但是，他們希望待其療法被證明對人類安全有效之時，他們對兩者之間關係也將有更深入的認識。麻省理工學院的合成生物學家、Eligo的聯合創始人Timothy Lu表示，噬菌體也有望使研究人員操控實驗動物的微生物組，這或許有助於他們理解特定細菌如何影響自閉症等疾病。

改造之法

其它公司正在努力改造噬菌體來執行不同的任務。來自加州Synthetic Genomics公司的一個小組改造出了「超強」噬菌體，它能包含多達十幾種特殊成分，包括可以分解生物膜的酶或幫助噬菌體躲避人體免疫系統的蛋白質。

儘管如此，經過改造的噬菌體仍存在亟待克服的障礙。華盛頓常青州立學院的微生物學家Elizabeth Kutter稱，治療感染可能需要大量的噬菌體，目前並不清楚這會不會觸發免疫應答，其中一些免疫應答可能會干擾治療。她還表示，噬菌體也可能將抗生素耐藥性基因轉移至非耐藥性細菌。

Lu補充說，細菌甚至仍可能對改造後的噬菌體產生抗性。因此，研究人員可能需要頻繁地改造其噬菌體，以便跟上細菌突變的速度。

Kutter表示，隨著抗生素耐藥性的傳播，經過改造的噬菌體和天然噬菌體都將擁有極大的用武之地，天然噬菌體療法也一樣越來越流行。「我認為它們將與已經被改造了幾十萬年的天然噬菌體形成互補，」她說。

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