上次《柳叶刀-微生物学》(The Lancet Microbe)刊登关于CRISPR的社论是在2020年11月,当时是为了纪念那一年的诺贝尔化学奖,该奖项共同授予了埃马纽埃尔·夏彭蒂耶(Emmanuelle Charpentier)和詹妮弗·A·杜德纳(Jennifer A Doudna),以表彰她们在开发CRISPR-Cas9基因组编辑技术方面的工作。
CRISPR(成簇规律间隔短回文重复序列,clustered regularly interspaced short palindromic repeat)序列于1987年在大肠杆菌(Escherichia coli)和1995年在地中海盐盒菌(Haloferax mediterranei)中被发现,是侵入性噬菌体DNA的片段,在细菌和古菌中充当防御性记忆,用于抵御后续感染。2020年,我们写道,该奖项"提醒我们,基础微生物学研究的影响可能远超纯粹的探索性研究"。
巧合的是,CRISPR诺贝尔奖的那一年也是COVID-19大流行的一年。CRISPR技术在"超越探索"的努力中被用于识别潜在的治疗靶点。例如,大卫·E·戈登(David E Gordon)及其同事使用基于CRISPR的基因敲除研究,为中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)、严重急性呼吸综合征冠状病毒1型(SARS-CoV-1)和严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)制作了比较病毒-人类蛋白质-蛋白质相互作用组,并推动了进一步开发COVID-19治疗方法的工作。
6年后的今天,基于CRISPR的研究似乎丝毫没有放缓的迹象。虽然CRISPR最为人所知的是作为治疗遗传疾病的基因编辑疗法,但本期《柳叶刀-微生物学》中有两项研究展示了它在传染病领域的两种截然不同的潜力:诊断和治疗。
在传染病诊断方面,CRISPR技术已与等温扩增方法结合,开发出快速且廉价的病毒和细菌病原体检测方法。由于能够修改CRISPR序列以靶向感兴趣的病原体序列,这些测试具有高灵敏度;同时,由于CRISPR相关蛋白(Cas)的内切酶能力,在切割目标时会激活报告荧光团,从而提供可靠的读数。该技术已成功用于检测包括SARS-CoV-2、寨卡病毒和猴痘病毒在内的病毒。
在洛苏珍(Soo Jen Low)、马修·T·奥尼尔(Matthew T O'Neill)及其同事最近发表的一篇文章中,他们提出了一种类似的系统,用于性传播感染的即时、多病原体诊断检测。他们的检测面板能够检测淋病奈瑟菌(Neisseria gonorrhoeae)、沙眼衣原体(Chlamydia trachomatis)、梅毒螺旋体(Treponema pallidum)和单纯疱疹病毒,每种病原体都使用两个CRISPR靶向区域进行检测。该检测的灵敏度范围为82.5%至97.0%,且检测灵敏度与病原体载量呈正相关。这项研究是即时检测的重要进展,可以在没有附近实验室设施的环境中快速、本地化且廉价地进行。双靶向多重方法还允许在一次就诊中同时检测多种病原体,并符合世界卫生组织(WHO)对即时检测的指导原则,即不应依赖单一序列进行检测。
在微生物学的一个讽刺转折中,CRISPR技术正被用于改造噬菌体——这些正是CRISPR自然存在以防御的入侵者——来攻击和杀死致病细菌。2024年《柳叶刀-传染病》(Lancet Infectious Diseases)的一项2期随机试验报告称,LBP-EC01(一种六种噬菌体混合物,编码CRISPR-Cas3系统以靶向大肠杆菌(E coli)基因组的保守区域)减少了无并发症尿路感染患者的尿液中的大肠杆菌,且未出现严重不良事件。
安德斯·Ø·彼得森(Anders Ø Petersen)及其同事最近进行的1期、随机、剂量递增研究同样使用基于CRISPR的噬菌体混合物(SNIPR001)来减少胃肠道中大肠杆菌的定植。尽管处于早期阶段,但研究表明,与安慰剂组相比,治疗组的大肠杆菌有所减少,安慰剂组和治疗组之间的不良事件发生频率无显著差异,且未同时破坏肠道微生物组。因此,美国食品药品监督管理局(FDA)已将SNIPR001指定为快速通道预防措施,用于预防有中性粒细胞减少风险的血液系统癌症患者的血流大肠杆菌感染。
尽管进展迅速且令人兴奋,但在发展中的传染病CRISPR领域仍然存在挑战,途中也有失望。例如,HIV前病毒编辑在临床前研究中取得了成功,但当作为EBT-101进入1/2期研究时,治疗未能阻止停止抗逆转录病毒治疗的患者的病毒反弹。然而,随着新发现(例如Cas7-11,一种无脱靶活性的RNA靶向核酸酶)的出现,新的探索途径也随之而来。CRISPR领域仍有众多值得关注的空间,这个故事远未结束。
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