壹生资讯-噬菌体治疗艰难梭菌感染

您已通过HCP身份认证和信息审核

(

噬菌体治疗艰难梭菌感染 | 今日感染

2023-10-06作者：论坛报木易资讯

非原创

前言

艰难梭菌(Clostridiides difficile)是一种革兰阳性菌，必须在完全绝对厌氧的环境下才能培养。由于临床上不规范使用抗生素，导致大量耐药的艰难梭菌生长繁殖，诱发抗生素相关性腹泻。艰难梭菌有三种特征明确的毒素(毒素A、毒素B和二元毒素)。

其中毒素A和毒素B与艰难梭菌感染(Clostridium difficile infection，CDI)的主要毒力因子有关，二元毒素与CDI严重程度的增加相关。对于轻度CDI病例，停用广谱抗生素，如氨苄西林、克林霉素和第三代头孢菌素是标准治疗方法；严重和复发性CDI病例，使用万古霉素和非达霉素是一种有效的治疗方式。目前，肠道菌群移植（Fecal Microbiota Transplantation，FMT）被认为是抗生素治疗失败时一种有效的替代方法，据报道，FMT在复发性CDI患者中的治愈率约为93%。然而，美国两名免疫功能不全的受试者在接受了含有耐药细菌的粪便微生物移植临床试验后，发生严重感染，其中一名73岁患者不幸死亡，这表明需要修改FMT或使用其他治疗策略来解决FMT的安全问题。

艰难梭菌的噬菌体

抗生素的过度使用导致大量多重耐药菌出现，噬菌体被认为是抗生素后时代对抗耐药细菌的有效治疗方式。艰难梭菌特异性噬菌体已经被用于研究艰难梭菌发病机制调控和CDI新疗法的开发。

迄今为止，已经鉴定出许多艰难梭菌特异性噬菌体，其中一些噬菌体可以感染不止一株艰难梭菌。但是上文描述的艰难梭菌特异性噬菌体都是溶原性的，它们在透射电镜下的形态基本都是肌尾或长尾。理论上说应该存在艰难梭菌裂解性噬菌体，但是艰难梭菌严格厌氧易形成芽孢使得实验室分离裂解性噬菌体变得特别困难。事实上，噬菌体单一疗法对艰难梭菌的疗效已经被研究了十年，遗憾的是，这些研究都没有让有效治疗CDI的方法取得突破性的进展。通过传统的方法使用紫外线或丝裂霉素简单地鉴定和分离艰难梭菌特异性噬菌体都没有成功地治疗艰难梭菌。因此，有必要开发一种利用噬菌体独特性质的新的裂解方法。

噬菌体递送CRISPR-Cas3

靶向艰难梭菌

合成生物学技术和基因编辑技术促进了工程噬菌体的发展，通过引入其他理想的属性来提高它们的功效，例如扩大宿主范围，生物膜降解，消除溶原性等。CRISPR-Cas系统已被确定为一种潜在的有效负载，可以由噬菌体递送，通过靶向染色体、毒性质粒、抗生素抗性基因，直接特异性杀死目标细菌。Cas3核酸酶属于I型CRISPR-Cas蛋白家族，CRISPR Cas3靶向染色体DNA导致细菌死亡，并且没有明显的菌株或序列依赖活性。几乎所有测过全基因组序列的艰难梭菌中都存在I-B型CRISPR-Cas系统，并且已被证明可以介导对外源引入DNA的干扰。来自美国Locus Biosciences公司和北卡罗来纳州立大学等科研机构的研究人员对噬菌体CD24-2基因组进行修饰，编码了一个细菌基因组靶向CRISPR阵列，基因组靶向CRISPR阵列在感染期间被转导到细菌中，并与噬菌体的裂解基因同时表达。此时，细菌死亡是通过两种独立机制作用的：由CRISPR RNA介导的原生表达的I-B型Cas效应蛋白导致不可修复的基因损伤和在裂解复制过程中内溶酶(endolysin)和穿孔素(holin)导致细菌溶解（图1）。

图1 CRISPR噬菌体工程及其作用机制

接下来，研究人员使用可以被CD24-2裂解的宿主艰难梭菌CD19进行了体外实验，用野生型噬菌体处理的细菌2小时后，细菌数量下降1个对数级，但很快产生耐受菌。相比之下，crPhage（CRISPR增强噬菌体）处理的细菌2小时后，细菌数量下降3个对数级，并且敲除溶原基因对噬菌体活性没有影响（图2a）。PCR检测噬菌体感染后存活菌落溶原性，CRISPR增强噬菌体组显示溶原形成受损。（图2b）。

图2 野生型和工程噬菌体的体外实验

结语

艰难梭菌是严重的院内感染病原菌，在美国这种细菌每年会导致大约500000例CDI和29000例死亡。除了合理使用抗生素和肠道菌群移植疗法，工程改造噬菌体也极大可能用于临床治疗。本文后半部分介绍的就是噬菌体可以用I型CRISPR-Cas系统进行工程改造，并进行修饰，以减少溶原性，并在体外和体内特异性和有效地靶向和杀死艰难梭菌。为了将CRISPR增强的艰难梭菌噬菌体抗菌剂用于临床应用，需要额外的基因工程技术通过溶原性或其他机制破坏噬菌体对毒素表达的调节。因此，以噬菌体为基础的基因递送系统开发，是未来细菌群体靶向调控的一个重要手段。

作者：戴佳

本文转发自上海噬菌体与耐药研究所

往期推荐

1. 抗生素相关性腹泻的治疗

2. 抗生素相关性腹泻的诊断和预防

3. CHINET2023上半年细菌耐药监测结果

4. 新生儿败血症抗菌药物使用策略

5. 一表总结，五代喹诺酮类药物抗菌谱差异|感染快知识

200 评论

知情同意书

噬菌体治疗艰难梭菌感染 | 今日感染

热门资讯

关于我们

中国医学论坛报微信矩阵

助力乡村振兴帮扶行动

友情链接