流感後肺炎鏈球菌更猖狂!UCSC團隊開發CRISPR基因靜默工具剖析成因

2020/10/30
流感後肺炎鏈球菌更猖狂!UCSC團隊開發CRISPR基因靜默工具剖析成因
近(28)日,來自加州大學聖塔克魯茲分校(UCSC)的感染症科學團隊,利用其開發的CRISPR干擾系統,在小鼠模型中研究肺炎鏈球菌(Streptococcus pneumoniae)的毒性基因和肺清除
編譯 / 吳培安 
 
近(28)日,來自加州大學聖塔克魯茲分校(UCSC)的感染症科學團隊,利用其開發的CRISPR干擾系統,在小鼠模型中研究肺炎鏈球菌(Streptococcus pneumoniae)的毒性基因和肺清除細菌的能力。他們驚訝的發現,即使嚴謹的控制實驗操作,肺部每次清除鏈球菌的成效差異都很大,而且此效應和流感病毒感染相關。這份研究發表在最新一期的《Cell Host & Microbe》。
 
本研究共同作者、UCSC微生物學暨環境毒理學助理教授Jacqueline Kimmey認為,從歷史上來看,1918年大規模流感疫情的死亡中,實際上有許多要歸因於肺炎鏈球菌引起的細菌性肺炎。
 
Kimmey認為,肺炎鏈球菌存在於人類上呼吸道其實非常普遍,但平常並不會造成疾病。不過,患者若先遭到病毒感染,這些細菌就會增加肺炎的致死風險。
 
在此研究中,Kimmey的研究團隊利用CRISPR基因干擾系統,建立一套基因靜默的肺炎鏈球菌菌株庫。這些菌株的特定基因,分別被研究團隊選擇性靜默(silence),目的是了解各個毒性基因的功能。
 
在實驗設計上,這套干擾系統是透過四環黴素(doxycycline)誘發。當小鼠吃下含有四環黴素的食物,肺炎鏈球菌的特定基因就會被靜默。
 
此外,透過CRISPR系統中導引RNA (guide RNA)上的編碼設計,研究團隊可以輕易利用定序,追蹤到哪些基因使得細菌株存活下來、造成感染,進而推測出哪些是重要的基因。
 
Kimmey表示,肺其實是非常善於清除感染的系統,即使是給予小鼠很高劑量的細菌,最後進入血液的細菌量也很少,顯示肺的清除對鏈球菌的入侵是一種瓶頸(bottleneck)。
 
然而他們驚訝的發現,即使在嚴格控制的操作下,最後通過肺清除的細菌量變化性(variability)也很大。此外,基因靜默的細菌和對照組的一般細菌,能通過此瓶頸的數量相差很小。
 
接著,為了測試先感染流感病毒對肺炎的影響,研究團隊讓小鼠感染A型流感,再感染肺炎鏈球菌。他們發現,當小鼠被感染過流感後,瓶頸效應就消失了,一小群細菌就在肺部造成嚴重感染。
 
研究團隊利用CRISPR干擾系統剖析結果,發現和細菌性肺炎相關的重要基因,包含了好幾種過去研究被認為是毒性因子的基因(例如細菌的莢膜(capsule)。
 
令人意外的是,研究團隊推論,和肺炎球菌溶血素(pneumolysin)相關的基因,似乎並不是感染發生時必然會啟動的基因。研究團隊認為,綜合過去的研究和本篇研究的發現,肺炎球菌溶血素比起在宿主體內存活(survival),對於傳播(transmission)可能更為重要。
 
研究團隊未來預計透過這套研究方法,更進一步探索細菌性肺炎病程惡化的變化性,以及更大規模的成因研究。
 
參考資料:
https://bioengineer.org/genetic-analysis-system-yields-new-insights-into-bacterial-pneumonia/