研究员，Deutschbauer实验室，环境基因组学和系统生物学，加州大学劳伦斯伯克利国家实验室董事会。

称其为CRISPR难题。

具有讽刺意味的是CRISPR系统曾经迷惑细菌

细菌使用CRISPR-Cas系统作为适应性免疫系统来抵御来自病毒等敌人的攻击。科学家们已经对这些系统进行了改造，以去除或切割和替换各种生物体中的特定遗传密码序列。

但在一项新研究中，北卡罗来纳州立大学的研究人员表明，使用CRISPR-Cas系统设计的病毒可以阻止细菌防御并对目标细菌进行选择性改变——即使其他细菌非常接近。

“病毒非常擅长传递有效载荷。在这里，我们使用细菌病毒，一种噬菌体，将CRISPR传递给细菌，这具有讽刺意味，因为细菌通常使用CRISPR来杀死病毒，”ToddR.Klaenhammer杰出教授RodolpheBarrangou说北卡罗来纳州立大学食品、生物加工和营养科学博士，以及一篇描述今天发表在《美国国家科学院院刊》上的研究的论文的通讯作者。“在这种情况下，病毒通过向大肠杆菌传递DNA来靶向大肠杆菌。这就像使用病毒作为注射器一样。”

北卡罗来纳州立大学的研究人员部署了两种不同的工程噬菌体来提供CRISPR-Cas有效载荷，用于对大肠杆菌进行靶向编辑，首先在试管中，然后在模拟土壤的合成土壤环境中进行-一个可以容纳多种细菌的复杂环境.

被称为T7和lambda的工程化噬菌体都成功地发现了有效载荷，然后将有效载荷传递给了实验室工作台上的大肠杆菌宿主。这些有效载荷表达细菌荧光基因并操纵细菌对抗生素的抗性。

然后，研究人员使用lambda将所谓的胞嘧啶碱基编辑器传递给大肠杆菌宿主。与CRISPR有时苛刻地切割DNA序列不同，这种碱基编辑器只改变了大肠杆菌DNA的一个字母，显示了系统的灵敏度和精确度。这些变化使某些细菌基因失活，而不会对大肠杆菌产生其他变化。

“我们在这里使用碱基编辑器作为大肠杆菌中基因的一种可编程开关。使用这样的系统，我们可以对基因组进行高度精确的单字母更改，而不会出现通常相关的双链DNA断裂使用CRISPR-Cas靶向，”前北卡罗来纳州立大学博士MatthewNethery说。学生和该研究的主要作者。

最后，研究人员通过使用装有沙子和石英的合成土壤介质以及液体的人造生态系统(EcoFAB)进行现场编辑，以模拟土壤环境。研究人员还包括三种不同类型的细菌，以测试噬菌体是否可以在系统内特异性定位大肠杆菌。

“在实验室里，科学家们可以把事情过于简单化，”巴兰古说。“最好对环境进行建模，因此我们想要检查现实生活中的环境，而不是试管中的汤。”

研究人员将lambda插入到制造的生态系统中。它在发现大肠杆菌和进行有针对性的基因改变方面表现出良好的效率。

能源部劳伦斯伯克利国家实验室的科学家TrentNorthen说：“这项技术将使我们的团队和其他人能够在高度受控的实验室环境(如EcoFAB)中发现关键细菌与植物和其他微生物相互作用的遗传基础。”(伯克利实验室)与Barrangou合作。

“我们认为这是一种帮助微生物组的机制。我们可以改变一种特定的细菌，而微生物组的其余部分则毫发无损，”Barrangou说。“这是一个概念验证，可以用于任何复杂的微生物群落，这可以转化为更好的植物健康和更好的胃肠道健康——对食物和健康很重要的环境。

“最终，这项研究代表了CRISPR传递的下一章——使用病毒在复杂的环境中传递CRISPR机器。”

研究人员计划通过使用其他与土壤相关的细菌测试噬菌体CRISPR技术来进一步开展这项工作。重要的是，这说明了如何操纵土壤微生物群落以控制与制造生态系统中的植物相关的细菌的组成和功能，以了解如何促进植物生长和促进植物健康，这对可持续农业具有广泛的意义。