“超级细菌”基因组编辑新技术
金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是一种重要病原菌，可引起肺炎、心包炎、伪膜性肠炎甚至败血症、脓毒症等许多严重的感染，近年来更是出现了“超级病菌”——耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA），使治疗金黄色葡萄球菌感染的难度大大提高。在美国，MRSA感染已成蔓延趋势，其致死患者甚至多于艾滋病。因此，人们迫切需要开展能够治疗金黄色葡萄球菌，特别是MRSA感染的新药物和新方法。
近日，上海科技大学的季泉江课题组采用CRISPR/Cas9系统首次构建了能够在金黄色葡萄球菌中进行快速高效基因组编辑的pCasSA质粒体系。这一发现对研究金黄色葡萄球菌的致病性和抗药性具有重要意义，为发现金黄色葡萄球菌中新的药物靶标提供了有效的工具。
CRISRP/Cas9系统是近年来新发现的一种功能强大的基因编辑工具。该系统能够在任意指定的基因组位置造成DNA双链断裂，实现包括基因敲除、单碱基突变以及基因插入在内的精确基因组编辑。此外，CRISRP/Cas9系统还可以应用于基因沉默、疾病模型构建，甚至是基因治疗。
图1. Cas9蛋白晶体结构和使用CRISPR/Cas9系统对基因组进行编辑的示意图
季泉江课题组构建的pCasSA质粒体系首次将CRISPR/Cas9系统应用于金黄色葡萄球菌中，是一种快速高效的基因组编辑技术。在金黄色葡萄球菌RN4220、Newman和USA300（MRSA）菌株中使用该技术进行基因敲除、单碱基突变和基因插入都获得了成功，从而验证了该方法具有高效性和可靠性。传统的金黄色葡萄球菌基因组编辑方法操作复杂、实验周期长、耗时耗力。而该技术操作简单、实验效率高，大大减少了金黄色葡萄球菌基因组编辑的工作量。与此同时，该课题组还进一步对pCasSA质粒体系进行改造，使其能够有效抑制金黄色葡萄球菌中的基因转录，从而应用于特定基因群和全基因组层面药物靶标的筛选。pCasSA质粒系统对于促进金黄色葡萄球菌中药物开发、酶学研究、天然产物发掘、基因表征等一系列基础和应用研究的发展都具有重要意义。
图2. 基于CRISPR/Cas9系统的金黄色葡萄球菌基因组的编辑方法。（a）基因组编辑过程的示意图；（b）利用pCasSA系统在金黄色葡萄球菌RN4220菌株中对cntA 基因进行敲除。
这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是上海科技大学的博士后陈未中，硕士研究生张翼飞为论文的第二作者，印第安纳大学医学院的Won-Sik Yeo博士和Taeok Bae教授分别为论文的第三和第四作者，季泉江助理教授为通讯作者，上海科技大学是第一完成单位。
该论文作者为：Weizhong Chen, Yifei Zhang, Won-Sik Yeo, Taeok Bae, Quanjiang Ji
Rapid and Efficient Genome Editing in Staphylococcus aureus by Using an Engineered CRISPR/Cas9 System
J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 3790, DOI: 10.1021/jacs.6b13317
季泉江博士简介
季泉江，助理教授、研究员，2005年-2009年就读于南京大学化学系获得理学学士学位，2009年-2014年就读于芝加哥大学化学系，获得化学博士学位（导师为何川教授）；2014年-2016年在加州大学伯克利分校化学系从事博士后研究（合作教授为Michelle Chang教授）；2016年2月加入上海科技大学物质科学和技术学院，任助理教授；曾经荣获2013年国家优秀自费留学生奖、Camille and Henry Dreyfus Postdoc Fellow、Everett E Gilbert Memorial Prize 等奖项；2016年入选第十二批“青年千人”。
季泉江课题组以当今社会面临的能源、环境和健康等方面的重大问题为导向，利用合成生物学和化学生物学等手段，致力于下一代生物能源生产工程菌株、环境污染物富集或降解工程菌株的定向进化和相关进化技术的开发以及重要人类致病菌致病机制的探索与小分子药物开发等方面的研究。
http://www.x-mol.com/university/faculty/21447
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