【原】Science | 利用梭状芽胞杆菌去除宿主体内的微生物衍生分子

微生态 2021-04-13

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推荐：江舜尧

编译：小范儿

编辑：小菌菌

斯坦福大学生物工程与化学系Matthew H. Spitzer, Michael A. Fischbach等人于2019年12月13日在Science发表题目为《Depletion of microbiome-derived molecules in the host using Clostridium genetics》的文章，该研究应用CRISPR-Cas9技术建立梭状芽孢杆菌基因无标记缺失系统，研究微生物组中高度丰富的化学物质在宿主生物学中的作用，该系统可以用于研究其他细菌代谢产物以及通过编辑控制微生物组代谢产物分子产量解决各种机制问题。

文章摘要：

肠道菌群产生数百种分子，这些分子以高浓度存在于宿主循环。弄清每个分子对宿主生物学的贡献仍然很困难。我们开发了一个在梭状芽孢杆菌中构建无标记缺失的系统，梭状芽孢杆菌是肠道微生物群中许多分子的来源。将该方法应用于模式共生生物梭状芽孢杆菌，我们敲除了10个梭状芽孢杆菌源分子基因，这些分子在宿主组织中积累。梭状芽孢杆菌敲除产分支短链脂肪酸的基因后定殖小鼠，发现这些微生物的产物具有具有免疫球蛋白A调节活性。

文中重要图片说明：

图1 破译微生物源分子对宿主生物学的贡献仍然很困难。

为了帮助解决这一难题，我们介绍了一种在肠道梭菌模型中构建无标记缺失的新方法，用它来敲除10个梭菌源衍生分子(右)。通过将野生型梭菌（WT）与缺乏支链短链脂肪酸（SCFAs）基因的突变体（DporA）植入无菌小鼠体内（左上），揭示这些分子的免疫调节功能(左下)。

图2 检测梭状芽孢杆菌ATCC 15579的代谢途径。

每个途径产生一个微生物衍生的代谢物且在宿主循环中大量存在。mgc代表代谢基因簇，组成每个通路的基因在相应的箭头上显示，数字表示菌的一个基因座标记后缀。

图3 基于CRISPR-Cas9的梭状芽孢杆菌基因遗传系统的建立

在第一步中，质粒P1通过偶联被引入到梭状芽孢杆菌基因中，P1含有在Psyn控制下表达的gRNA, Psyn是用PePPER合成的一个启动子。第二步，质粒P2通过接合引入。P2是来自化脓性链球菌的Cas9基因，该基因在Pfdx的控制下表达，Pfdx是来自梭状芽孢杆菌铁氧还蛋白基因的启动子。该方法发展的关键步骤是在两个质粒上依次引入基因组编辑元件(Cas9、gRNA和修复模板)，并将第二次接合转移的供体-受体共培养步骤从24小时延长至72小时。