作者:曹年润 来源:澎湃新闻 发布时间:2022/11/10 11:11:32
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新研究:生物工程新方法阻断部分基因功能,治疗艰难梭菌感染

 

•艰难梭菌感染是一个全球性的公共健康问题,它已于2013年被美国疾病与预防控制中心列入最高紧急威胁级别的耐药菌首位。

•“我们的研究主要有两个创新点,一是从寻找艰难梭菌感染的宿主因子出发,二是使用自创的高效、经济的RNAi基因筛查方法。”

艰难梭菌(Clostridium difficile)是一种抗生素耐药菌,在使用抗生素,尤其是过量使用抗生素时,很容易出现艰难梭菌感染(CDI)。通常,艰难梭菌通过口腔进入人体内并保持休眠状态,直到在大肠中感染并释放毒素,破坏组织。这些毒素会杀死细胞,从而导致腹泻、腹痛、发烧,在极端情况下会致命。

近日,美国微生物学会期刊《mBio》发布昆山杜克大学(Duke Kunshan University)全球健康研究中心、新彤生物化学实验室黄林峰副教授等人的研究成果。该研究揭示了艰难梭菌感染造成的组织损伤的关键基因片段,阻断特定的基因功能,有可能用于治疗艰难梭菌的感染。

据“昆山杜克全球健康”公众号报道,论文的主持者黄林峰表示,艰难梭菌感染是一个全球性的公共健康问题,它已于2013年被美国疾病与预防控制中心列入最高紧急威胁级别的耐药菌首位。在中国,艰难梭菌感染的影响也非常广泛,但是对它的研究还不充分。

该项研究的成员之一、昆山杜克大学自然与应用科学部生物实验室讲师李迎雪博士对实验过程进行介绍:“我们开创了一种新型基因筛查法,利用细菌细胞制造了数千个精确基因靶向的RNA分子,即小干扰RNA(siRNA)。然后我们使用高通量方法去测试这些siRNA,并使用生化检测和显微镜观察的方式,去了解在艰难梭菌毒素诱导下siRNA在细胞死亡中所发挥的作用。最后,我们初步筛选出最有可能的候选基因,再通过各种实验室技术验证它们是否在艰难梭菌毒素诱导的细胞损伤中产生了效果。”

研究发现,在艰难梭菌导致的细胞凋亡中,有几个新的基因发挥了重要作用。主持这项研究的黄林峰解释:“通过阻断这部分的基因功能可减轻艰难梭菌毒素所造成的细胞死亡,而这个方法可以用于感染后的相关治疗。中药化合物甘草甜素(Glycyrrhizin)能够阻断其中一个候选基因HMGB1的功能。在我们培养的细胞和动物模型中进行了测试,结果表明,其对艰难梭菌毒素引起的细胞和组织损伤具有强大的保护作用。”

11月8日,澎湃科技连线黄林峰,解读该项成果。

抗生素治疗“两难”

黄林峰表示,艰难梭菌感染很难治。一般感染艰难梭菌的人都是需要使用抗生素的患者,或是住院很久的老年人,他们体质本就虚弱,感染艰难梭菌后会对肠道造成非常大的损伤,严重的情况需要手术干预。

由于艰难梭菌的抗生素耐药性,在人体内几乎所有的正常细菌都被抗生素杀死后,艰难梭菌会留下来,大量繁殖,产生大量毒素。传统治疗艰难梭菌感染的方法是使用更强的抗生素,包括万古霉素(vancomycin)、非达霉素(fidaxomicin)和甲硝唑(metronidazole),但是治疗后常有复发。

据黄林峰介绍,在艰难梭菌感染疗法的研究上,近期主要有两个新进展。一是针对艰难梭菌毒素的抗体,目前美国默沙东的抗体药Zinplava(bezlotoxumab)已经被用于艰难梭菌的治疗,但是抗体药物价格昂贵,而且必须和抗生素联用。

另一种方法是肠道菌群移植,即把非常健康的人粪便中的菌群提取富集,通过食道或灌肠的方法移植到患者体内,让患者有机会借此重建自己身体的正常菌群,和艰难梭菌抗争。但是找到真正健康无害的菌群并不容易,需要筛选供体,重建菌群的过程也很复杂,且移植后并非每一个人都能受益。

黄林峰向澎湃科技表示,“我们的研究主要有两个创新点,一是从寻找艰难梭菌感染的宿主因子出发,二是使用自创的高效、经济的RNAi基因筛查方法。”

艰难梭菌主要通过毒素A、毒素B和二元毒素(binary toxin)三个毒素来产生作用,其中导致细胞损伤的主要毒素是毒素B。因此,他们希望在细胞模型上找到毒素B导致细胞死亡的关键基因,进而寻找针对性的治疗方法。

首创高效、经济的生物工程RNA生产方法

在实验中,黄林峰团队使用一种自创的新型基因筛选方法,即用生物工程的方法来生产siRNA(小干扰RNA)分子。该方法的好处在于可以降低成本,简单、便宜地生产高效的小干扰RNA。

黄林峰介绍,小干扰RNA可以通过RNAi通路精准地调控靶基因的表达,从而有效抑制导致疾病的关键基因。

“一般做RNAi基因筛查会使用化学合成的小干扰RNA,需要向公司购买化学合成的产品。如果要买几万个不同基因序列的小干扰RNA做高通量的筛查,价格非常昂贵,一般只有大型医药企业和高级的研究机构才有能力去做。我们创造的生物工程方法能让细菌自己合成小干扰RNA分子,因此可以做到以低廉的成本来生产小干扰RNA分子库。”黄林峰说。他还表示,他们的小干扰RNA分子库可以针对特定细胞和研究体系进行个性化的生产,因此更加精准和高效。

目前,黄林峰团队正使用该新型基因筛选方法研究其他疾病,希望能开发出更多基因靶向精准医疗的候选药物。黄林峰告诉澎湃科技,RNAi药物目前只能递送到肝脏内,因而用于治疗肝脏相关的疾病最为合适,“研究与肝脏相关的疾病的RNAi药物离临床转化更近。”他介绍,目前在研的RNAi疗法主要是针对代谢、乙肝病毒等与肝脏表达的基因密切相关的疾病。黄林峰团队正在研究的主要方向是高血脂等代谢相关疾病。

 
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