最近，加州大学旧金山分校的研究人员成功地使用了DNA编辑系统CRISPR，来改变哺乳动物体内细菌的基因组，这一进展将促使我们对于微生物有更多的理解，并最终为治疗肠道相关疾病铺平道路。

本月发表在《CellReports》杂志上的这项里程碑式的研究中，研究人员能够从生活在小鼠肠道的大肠杆菌中去除大块基因，并改变遍布其消化系统的细菌群落的整体组成。

本文资深作者、微生物学和免疫学教授PeterTurnbaugh博士说：“我们首次证明了哺乳动物肠道微生物群中稳定的基因编辑。这是试图在肠道内改造细菌的起点。”

目前，研究人员和医生想要改变肠道微生物的选择非常有限。例如，细菌性食物中毒和类似问题可以用广谱抗生素治疗，但这种药物最终会杀死坏细菌连同许多“有益”微生物。粪便移植也被用于为患有某些感染和胃肠道疾病的患者，重新植入健康的微生物群。但是医生们不能确定引入的微生物是否能够超越患者现有的细菌群落，这意味着治疗并不总是成功的。

Turnbaugh表示，因此，改造消化系统中已经繁衍生息的细菌，将是未来研究和治疗微生物组相关健康问题的关键途径。直接改变肠道内微生物的基因组，将为微生物组治疗带来一种目前尚不可能达到的精确度。

Turnbaugh说：“能够改变已经存在于肠道中的微生物的DNA，可以让我们以一种比以前更可控的方式，来研究微生物组。这真的给了我们一个机会，去探究一些关于健康和疾病的重要问题。”

Turnbaugh的研究集中在大肠杆菌（E.coli），大肠杆菌是一种自然存在于肠道中的细菌，但由于某些菌株可能导致食物中毒，因此名声不佳。精确基因编辑在肠道微生物群中的一个有效应用，是瞄准有害的大肠杆菌菌株，同时保持有益的菌株不受干扰。

在这项研究中，研究人员想知道，他们是否可以使用基因编辑工具，在不影响另一株大肠杆菌的情况下瞄准并杀死一株大肠杆菌。Turnbaugh的研究小组，使用一种称为M13的病毒，将CRISPR-Cas9系统注射到一种特定的大肠杆菌菌株的细胞中，然后开始切割DNA片段。

结果是戏剧性的。在CRISPR-Cas9系统引入之前，在实验中从小鼠粪便样本中采集的目标菌株更为突出。然而，经过基因编辑后，目标菌株很快开始消失。两周后，它只占被监测细胞总数的百分之一。

这项研究成功的一个关键是，使用了一种改造形式的M13病毒，这种病毒可以自然地攻击大肠杆菌，但通常在消化系统中不能很好地存活。为了解决这个问题，Turnbaugh和他的同事将一个抗生素抗性基因拼接到DNA中，M13将其传递给被感染的细胞，从而使病毒及其携带的CRISPR-Cas9系统更容易传播。

Turnbaugh设想，有一天，类似的方法也可以用于促进人类“有益”肠道细菌的生长。例如，如果研究人员对某些细菌菌株的基因进行编辑，使其能够以罕见的营养素为食，那么一个人只需在饮食中添加大量这些营养素，就可以在一定程度上控制肠道中滋生的微生物的混合。他说，首先，研究人员需要扩大他们工具包中的病毒列表，并试验改变微生物组的个体成员对总体细菌种群的影响。

Turnbaugh表示：“我们的梦想是，你可以选择你肠道中的特定菌株，甚至是你想要促进或去除的单个基因。我们真的很兴奋我们能在大肠杆菌中推动这一点。希望它能为肠道微生物群的其他成员带来类似的工具。”

Moreinformation:KathyN.Lametal,Phage-deliveredCRISPR-Cas9forstrain-specificdepletionandgenomicdeletionsinthegutmicrobiome,CellReports().DOI:10./j.celrep..