細菌能幫你檢測身體狀況：CRISPR技術或將用於製造“微生物臥底”

導語：說到CRISPR，可能大家會想到CRISPR-Cas9為代表的基因編輯手段，它是大多數細菌及古細菌中的一種獲得性免疫方式，當有外來病毒入侵時，

它就會像一把“魔剪”——將其DNA片段剪斷並複製插入到CRISPR位點中。和ZFN， TALEN等一樣可作為強大的基因編輯工具，但由於CRISPR簡單、經濟、高效的多，現已成為基因療法的熱門研究手段。

圖|研究人員讓特殊處理下的大腸桿菌進入人類身體並收集資料

存在於我們身體中的微觀世界看上去似乎十分神秘，

但哥倫比亞大學的研究人員已經開發出了一種新技術，可以向人類體內發送一個細菌“間諜”來觀察身體中的情況。這個過程本質上是一個“以毒攻毒”的過程，被特殊處理過的細菌被投入身體後，能在身體運行過程中記錄下身體內各細菌和這個“間諜”細菌之間的互動及其發生的時間。

研究人員沒有從零開始自主構建他們的微生物“記錄儀”，而是利用了自然中已經存在的東西。許多細菌的免疫系統都是CRISPR-Cas，它的工作原理有點像發放一道“通緝令”:

每當細菌在與噬菌體(一種攻擊細菌的病毒)的接觸中存活下來時， CRISPR-Cas就會複製這段入侵者的DNA片段並插入到CRISPR位點中。這樣一來，即使很長時間以後，

如果這種類型的噬菌體再次出現，細菌也能快速識別並反擊它。

CRISPR-Cas非常有名，那是因為它的DNA片段複製功能使它成為一個偉大的基因程式設計工具，世界各地的科學家均致力於將它開發作為一種治療各種疾病的方法，涵蓋範圍包括HIV和癌症。

“CRISPR-Cas系統是一種天然的生物記憶裝置， ”參與該研究的資深研究員Harris Wang說。從基因程式設計的角度來看，運用這個系統的益處是顯而易見的，因為它是一個已經經過進化的系統，它儲存資訊的功能非常優良。研究人員通過修改名為“質粒”的DNA片段，開發出了兩種不同的功能。

其中一種功能是把“質粒”當作“計時員”，一旦檢測到異常外部信號，它們就會立即在細菌基因組中的CRISPR特定點上有規律地複製間隔區。另一種功能則是在監測到異常信號時，該細菌就會開始基因的複製。基於這個原理，我們就能通過查看釋放信號前後的間隔順序來決定釋放信號的時機。

在實踐中，這些特殊的細菌也可能會被設計成為在受到特定外力刺激時能夠進行特殊攻擊的細菌武器”，這時，這種細菌就會像病毒一樣，為人類帶來疾病。

“患者服下這種特殊處理過的細菌後，細菌就能記錄下它所經歷的變化過程，通過這種方法，我們將會對此前的諸多未知現象得到更多的認識， ”Wang說。 “現在我們正準備研發更多的能在健康或生病狀態、胃腸道系統或其他地方發生顯著變化的標誌物。 ”

哥倫比亞大學的研究團隊發現，在他們的測試中，當該“間諜”系統運行時，可以一次性進行長達數天的記錄，並能同時觀測三個不同的信號。這種“微生物間諜”技術的運用不僅僅局限於人類體內，還能運用在檢查下水道或者其他存在病原體的環境中。

“間諜”細菌可為我們監測身體，甚至可以在基因層面幫我們成功克制這些疾病的致病基因。不過也曾提到，它可被用來作為“細菌武器”，受人為的控制而對人體進行攻擊，這就給不法分子帶來可乘之機。我們設計並納入身體的“間諜細菌”是敵是友仍然值得我們謹慎思考。

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翻譯：譚冰玥

編輯：大浪淘沙

審閱：Soybean

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