遺傳分析系統對細菌性產生新見解

一組傳染病研究人員開發了一種新方法，用于鑒定鏈球菌(細菌性的主要原因)中的毒力基因。使用這項技術在小鼠模型中，他們能夠獲得對該疾病進展及其與流感病毒相互作用的新見解。

“細菌性在病毒感染后更為普遍，而且更致命。從歷史上看，在流感爆發期間，例如1918年大流行，很多死亡都歸因于球菌性，”微生物學和微生物學助理教授Jacqueline Kimmey說。加州大學圣克魯斯分校的環境毒理學研究，以及有關新發現的論文的第一作者之一，于10月28日發表在《細胞宿主微生物》上。

Kimmey和她的同事開發了一種進行功能基因分析的新方法，以鑒定驅動鏈球菌致病性的基因。他們的方法建立在稱為CRISPR的強大基因編輯技術的基礎上，可以通過稱為CRISPR干擾的技術對其進行修飾，以選擇性地沉默目標基因。研究人員創建了一個鏈球菌菌株的庫，其中每個細菌的基因都受到一種細菌菌株的CRISPR干擾的靶向。

CRISPR干擾系統是由抗生素強力霉素誘導的，因此直到將細菌(對抗生素具有抗性)引入含有強力霉素的飼料的小鼠中，基因才得以沉默。此外，用于靶向沉默基因的指導RNA上的遺傳“條形碼”使研究人員能夠在感染后輕松跟蹤每個菌株。通過一個簡單的測序步驟，他們就可以確定哪些菌株存活下來并在小鼠中引起感染。

Kimmey解釋說：“這是關閉單個基因并找出哪些重要基因的非常有效的方法。”

該系統還使研究人員能夠評估大多數細菌死亡時感染的關鍵階段。只有少數細菌能夠幸免于這個“瓶頸”，并繼續引起侵襲性疾病。

金梅說：“肺部實際上真的很擅長清除感染。” “即使當我們給小鼠大量添加細菌時，也存在巨大的瓶頸，而且很少有細菌將其帶入血液。”

研究人員估計，只有25個細菌細胞可以在瓶頸處存活并引起疾病。他們還發現了瓶頸結果的驚人數量變化，即使小鼠在基因上是相同的，并且是通過嚴格控制的方案感染的。瓶頸的影響使基因沉默的效果黯然失色，導致對照小鼠與細菌基因沉默的小鼠之間差異很小。

Kimmey說：“在哪種菌株能夠存活方面并不一致，瓶頸的大小也有很大的差異。” “我們知道人類疾病的臨床進展存在很大的變異性，因此看到這種高度受控的系統有如此之多的變化非常令人興奮。”

然后，研究人員向系統中添加了流感，在引入鏈球菌之前，先用A型流感病毒感染了小鼠。在預先感染了流感的小鼠中，沒有瓶頸，并且相對少量的細菌引起了肺部的廣泛感染。這使研究人員能夠評估基因沉默對細菌毒性的影響。

結果表明，幾種基因在球菌感染中具有重要作用，包括先前研究中被鑒定為致病因子的基因，例如細菌莢膜基因。出乎意料的是，細菌主要毒素的基因-球菌溶血素似乎對感染的發展不是必需的。研究人員說，再加上其他最近的發現，這表明球菌溶血素對于傳播比對宿主的存活更為重要。

鏈球菌感染的一個神秘方面是它是上呼吸道非常常見的定居者，而在大多數人中不會引起疾病。

“我們真的不知道該控制什么，”金梅說。“似乎有很多人被殖民，通常沒關系。但是病毒感染可能使他們易患病，并增加了細菌性的風險。”

為了更好地了解這項研究中發現的可變結果，Kimmey說她計劃使用CRISPR干擾系統來更詳細地研究感染的進程。在臨床環境中，疾病進展的變異性可歸因于多種因素。在這項對照研究中，感染過程本身似乎變化很大。

她說：“我們開發的系統為我們提供了一種非常優雅的方式來顯示結果的變異性，以及在感染過程中甚至在受控系統中似乎是隨機變異，”