遗传分析系统对细菌性产生新见解

一组传染病研究人员开发了一种新方法，用于鉴定链球菌(细菌性的主要原因)中的毒力基因。使用这项技术在小鼠模型中，他们能够获得对该疾病进展及其与流感病毒相互作用的新见解。

“细菌性在病毒感染后更为普遍，而且更致命。从历史上看，在流感爆发期间，例如1918年大流行，很多死亡都归因于球菌性，”微生物学和微生物学助理教授Jacqueline Kimmey说。加州大学圣克鲁斯分校的环境毒理学研究，以及有关新发现的论文的第一作者之一，于10月28日发表在《细胞宿主微生物》上。

Kimmey和她的同事开发了一种进行功能基因分析的新方法，以鉴定驱动链球菌致病性的基因。他们的方法建立在称为CRISPR的强大基因编辑技术的基础上，可以通过称为CRISPR干扰的技术对其进行修饰，以选择性地沉默目标基因。研究人员创建了一个链球菌菌株的库，其中每个细菌的基因都受到一种细菌菌株的CRISPR干扰的靶向。

CRISPR干扰系统是由抗生素强力霉素诱导的，因此直到将细菌(对抗生素具有抗性)引入含有强力霉素的饲料的小鼠中，基因才得以沉默。此外，用于靶向沉默基因的指导RNA上的遗传“条形码”使研究人员能够在感染后轻松跟踪每个菌株。通过一个简单的测序步骤，他们就可以确定哪些菌株存活下来并在小鼠中引起感染。

Kimmey解释说：“这是关闭单个基因并找出哪些重要基因的非常有效的方法。”

该系统还使研究人员能够评估大多数细菌死亡时感染的关键阶段。只有少数细菌能够幸免于这个“瓶颈”，并继续引起侵袭性疾病。

金梅说：“肺部实际上真的很擅长清除感染。” “即使当我们给小鼠大量添加细菌时，也存在巨大的瓶颈，而且很少有细菌将其带入血液。”

研究人员估计，只有25个细菌细胞可以在瓶颈处存活并引起疾病。他们还发现了瓶颈结果的惊人数量变化，即使小鼠在基因上是相同的，并且是通过严格控制的方案感染的。瓶颈的影响使基因沉默的效果黯然失色，导致对照小鼠与细菌基因沉默的小鼠之间差异很小。

Kimmey说：“在哪种菌株能够存活方面并不一致，瓶颈的大小也有很大的差异。” “我们知道人类疾病的临床进展存在很大的变异性，因此看到这种高度受控的系统有如此之多的变化非常令人兴奋。”

然后，研究人员向系统中添加了流感，在引入链球菌之前，先用A型流感病毒感染了小鼠。在预先感染了流感的小鼠中，没有瓶颈，并且相对少量的细菌引起了肺部的广泛感染。这使研究人员能够评估基因沉默对细菌毒性的影响。

结果表明，几种基因在球菌感染中具有重要作用，包括先前研究中被鉴定为致病因子的基因，例如细菌荚膜基因。出乎意料的是，细菌主要毒素的基因-球菌溶血素似乎对感染的发展不是必需的。研究人员说，再加上其他最近的发现，这表明球菌溶血素对于传播比对宿主的存活更为重要。

链球菌感染的一个神秘方面是它是上呼吸道非常常见的定居者，而在大多数人中不会引起疾病。

“我们真的不知道该控制什么，”金梅说。“似乎有很多人被殖民，通常没关系。但是病毒感染可能使他们易患病，并增加了细菌性的风险。”

为了更好地了解这项研究中发现的可变结果，Kimmey说她计划使用CRISPR干扰系统来更详细地研究感染的进程。在临床环境中，疾病进展的变异性可归因于多种因素。在这项对照研究中，感染过程本身似乎变化很大。

她说：“我们开发的系统为我们提供了一种非常优雅的方式来显示结果的变异性，以及在感染过程中甚至在受控系统中似乎是随机变异，”

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