突破传统！肺炎克雷伯菌工程菌株改造的最新进展

近年来，随着生物技术的飞速发展，基因编辑技术已经成为科学家在生命科学研究领域的重要工具。作为一种革新性技术，基因编辑的应用范围极其广泛，包括疾病治疗、新型药物开发、生物能源以及环境污染治理等。今天，我们将聚焦一种重要的病原菌——肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae），深入探讨其基因编辑及工程菌改造的研究前沿。

肺炎克雷伯菌是一种革兰氏阴性菌，广泛分布于自然界，包括人类和动物肠道、土壤以及水体中。它是许多严重医院内感染（如肺炎、败血症和尿路感染）的罪魁祸首，并且因其快速进化的抗药性成为了全球公共健康的威胁。然而，肺炎克雷伯菌不仅仅是“病菌”。它还被视为一种重要的工业微生物，可以用来生产化学品、酶、抗生素等多种产品。因此，通过基因编辑手段对其进行改造，有望在治疗疾病和工业生产中实现突破。

通过基因编辑技术，肺炎克雷伯菌被改造成了一种多功能工程菌，用于解决工业和医学中的实际问题。

1、解决抗生素抗药性问题

耐多药（MDR）肺炎克雷伯菌的传播已经成为全球性挑战。基因编辑技术提供了一种新策略：通过敲除抗性基因或干扰其表达，降低细菌的耐药性。这不仅有助于开发新的抗菌治疗手段，还为研究耐药机制提供了新的工具。例如，研究人员利用CRISPR-Cas系统敲除了一株MDR肺炎克雷伯菌的blaKPC基因，该基因编码一种强效碳青霉烯酶，从而显著降低了菌株的抗药性。

2、高效工业发酵菌株的培育

肺炎克雷伯菌是一种潜在的工业生产微生物，通过改造其代谢途径，可用于生产生物燃料和高附加值化学品。例如，通过基因编辑，科学家能优化肺炎克雷伯菌的代谢网络，使其能够高效发酵甘油为1,3-PDO。1,3-PDO是一种重要的化工原料，能够用于合成聚酯和溶剂。

3、用于环境污染治理

改造后的肺炎克雷伯菌可以在环境治理中发挥作用。例如，通过引入降解基因，改造菌株能够降解有毒有机物，如石油烃和苯酚，为污染场地的生物修复提供了一种可行的解决方案。

基因编辑技术是近年来最为耀眼的生物学工具之一。CRISPR-Cas系统是目前应用最为广泛的基因编辑工具之一。它的高效、精准和灵活，使得科学家能够在目标基因组的特定位置切割DNA并插入或删除片段。在肺炎克雷伯菌中，CRISPR-Cas9被用于敲除某些与抗药性相关的基因，从而研究抗药机制。此外，它还能改造代谢途径，提高工业生产的效率。

CRISPR技术在肺炎克雷伯菌基因编辑实验流程：

针对肺炎克雷伯菌基因组1500bp的片段，我们通过CRISPR/Cas9技术，设计高效的sgRNA对其成功进行敲除，整个敲除周期仅4周。如下图所示，片段被成功敲除，敲除后的PCR片段长度为1100 bp，未敲除的野生型大小为1500 bp，如下图所示。

通过CRISPR/Cas9技术对肺炎克雷伯菌基因编辑

尽管基因编辑技术为肺炎克雷伯菌的工程改造带来了革命性变化，但科学家在实际操作中仍面临诸多挑战。

1、遗传操作的稳定性

肺炎克雷伯菌的基因组具有一定的复杂性，基因敲除或插入后可能引起意外突变，影响菌株稳定性。此外，其复杂遗传背景使得CRISPR系统的表达存在一定难度，在实际测试中发现，即使同一来源的不同型号的肺炎克雷伯菌，在Cas9蛋白的表达上存在较大的差异，有的菌株甚至无法表达Cas9蛋白，有的菌株即使表达了Cas9蛋白也无法进行基因编辑。未来，研究人员需要进一步优化编辑工具，提高遗传操作的精准性。

2、生物安全性问题

改造菌株的释放可能带来不可预见的生态风险。因此，必须开发安全的生物约束系统，确保工程菌株只能在特定环境下生长和存活。

3、法规和伦理限制

基因编辑生物的工业和医学应用需要满足严格的法规要求，特别是在涉及人类健康和环境安全时，需要进行长期的风险评估。

肺炎克雷伯菌的基因编辑及工程改造不仅推动了基础微生物学研究，也在医疗、工业和环境等领域展现了巨大的应用潜力。随着CRISPR、合成生物学和大数据技术的结合，科学家有望开发出更高效、更安全的菌株，为解决全球性问题提供全新的解决方案。

珠海舒桐医疗科技有限公司是一家以基因编辑为核心技术的生物医药企业，熟练掌握各类细菌基因的编辑技术，包括基因编辑、碱基编辑及先导编辑等。基于CRISPR/Cas9技术可稳定实现对肺炎克雷伯菌基因的快速敲除、定点突变、大片段删除及过表达等，实现定制化工程菌株的改造，如有需求，欢迎咨询。