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

“細(xì)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(fā)期間，例如1918年大流行，很多死亡都?xì)w因于球菌性，”微生物學(xué)和微生物學(xué)助理教授Jacqueline Kimmey說。加州大學(xué)圣克魯斯分校的環(huán)境毒理學(xué)研究，以及有關(guān)新發(fā)現(xiàn)的論文的第一作者之一，于10月28日發(fā)表在《細(xì)胞宿主微生物》上。

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

CRISPR干擾系統(tǒng)是由抗生素強(qiáng)力霉素誘導(dǎo)的，因此直到將細(xì)菌(對抗生素具有抗性)引入含有強(qiáng)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(dǎo)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(guān)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(tǒng)還使研究人員能夠評估大多數(shù)細(xì)菌死亡時感染的關(guān)鍵階段。只有少數(shù)細(xì)菌能夠幸免于這個“瓶頸”，并繼續(xù)引起侵襲性疾病。

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

研究人員估計(jì)，只有25個細(xì)菌細(xì)胞可以在瓶頸處存活并引起疾病。他們還發(fā)現(xiàn)了瓶頸結(jié)果的驚人數(shù)量變化，即使小鼠在基因上是相同的，并且是通過嚴(yán)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(dǎo)致對照小鼠與細(xì)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(jìn)展存在很大的變異性，因此看到這種高度受控的系統(tǒng)有如此之多的變化非常令人興奮。”

然后，研究人員向系統(tǒng)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(yù)先感染了流感的小鼠中，沒有瓶頸，并且相對少量的細(xì)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(xì)菌毒性的影響。

結(jié)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(xì)菌莢膜基因。出乎意料的是，細(xì)菌主要毒素的基因-球菌溶血素似乎對感染的發(fā)展不是必需的。研究人員說，再加上其他最近的發(fā)現(xiàn)，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(shù)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(guān)系。但是病毒感染可能使他們易患病，并增加了細(xì)菌性的風(fēng)險(xiǎn)。”

為了更好地了解這項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)的可變結(jié)果，Kimmey說她計(jì)劃使用CRISPR干擾系統(tǒng)來更詳細(xì)地研究感染的進(jìn)程。在臨床環(huán)境中，疾病進(jìn)展的變異性可歸因于多種因素。在這項(xiàng)對照研究中，感染過程本身似乎變化很大。

她說：“我們開發(fā)的系統(tǒng)為我們提供了一種非常優(yōu)雅的方式來顯示結(jié)果的變異性，以及在感染過程中甚至在受控系統(tǒng)中似乎是隨機(jī)變異，”