群体感应抑制剂：有助于绿脓杆菌基于CRISPR免疫系统的噬菌体抗性进化

  2021年5月14日讯/抗菌素耐药性是临床治疗中面临的一个重要问题，而绿脓杆菌是术后发生噬菌体病毒感染的潜在靶点。实验室研究发现，绿脓杆菌通过CRISPR–Cas适应性免疫系统基因，对噬菌体和其他寄生DNA产生免疫记忆，在复杂的自然环境中快速进化并产生噬菌体抗性，从而限制了噬菌体疗法的使用。最近研究表明，群体感应（Quorum Sensing，QS）系统调控绿脓杆菌的CRISPR–Cas免疫系统表达。绿脓杆菌的QS系统由LasIR和RhlIR组成，可调控CRISPR–Cas免疫系统、毒力和生物膜等生理功能表达，其中LasIR调控3-oxo-C12-homoserine lactone (3OC12-HSL)信号分子的表达，RhlIR调控C4-homoserine lactone (C4-HSL)信号分子表达。因而，研究人员推测，利用医用群体感应抑制剂（Quorum Sensing Inhibitors，QSI）可以限制绿脓杆菌基于CRISPR免疫基因座的进化，并应用于临床研究。

  在这项研究中，研究人员以黄芩黄素（Baicalein）作为QSI，研究其对绿脓杆菌基于CRISPR噬菌体（DMS3vir）抗性的影响。同时构建绿脓杆菌的QS基因突变株，使该突变株不能产生3OC12-HSL和C4-HSL，通过补充3OC12-HSL和C4-HSL，分析绿脓杆菌基于CRISPR–Cas免疫系统的噬菌体抗性进化机制，研究绿脓杆菌的噬菌体吸附和清除能力。并以噬菌体敏感性菌（CRISPR-KO）和噬菌体抵抗性菌（CRISPR-KO表面突变株）为对照，研究QS系统阻断后绿脓杆菌对噬菌体的竞争能力变化。

  在对照组中，绿脓杆菌野生型的噬菌体抗性随着噬菌体密度增加下降。然而，与预期的QSI将降低绿脓杆菌抵抗性结果不同，当加入100μM黄芩黄素后，绿脓杆菌对噬菌体的抵抗性增加。当噬菌体敏感菌感染10⁴pfu或10⁷pfu噬菌体时，其抵抗性显著增加。此外，研究结果表明，当绿脓杆菌的QS系统被抑制时，噬菌体很难感染宿主。当QS系统被抑制时，绿脓杆菌在10⁶pfu噬菌体环境下的相对适合度显著增加。在该研究中，QSI通过影响了细菌IV型菌毛表达，导致细菌培养物延迟裂解，降低了噬菌体吸附率，有利于细菌CRISPR免疫系统的噬菌体抗性进化。因而，QSI降低了感染菌毛型噬菌体对绿脓杆菌特异性治疗效果。

总之，人们期望用QSI来调控细菌的CRISPR–Cas免疫系统、毒素产生、生物膜形成及泳动能力表达。然而由于细菌表型的复杂性和多样性，QSI的调控作用和机制难以预测，未来应建立更多生态学上的感染模型来综合评价QSI在细菌的噬菌体抗性方面以及临床医疗中发挥的作用。

（生物谷 Bioon.com）

原文出处：Broniewski, J.M., Chisnall, M.A.W., Høyland-Kroghsbo, N.M. et al. The effect of Quorum sensing inhibitors on the evolution of CRISPR-based phage immunity in Pseudomonas aeruginosa. ISME J (2021). https://doi.org/10.1038/s41396-021-00946-6