金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是一种重要病原菌，可引起肺炎、心包炎、伪膜性肠炎甚至败血症、脓毒症等许多严重的感染，近年来更是出现了“超级病菌”——耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA），使治疗金黄色葡萄球菌感染的难度大大提高。在美国，MRSA 感染已成蔓延趋势，其致死患者甚至多于艾滋病。因此，人们迫切需要开展能够治疗金黄色葡萄球菌，特别是 MRSA 感染的新药物和新方法。
近日，上海科技大学的季泉江课题组采用 CRISPR/Cas9 系统首次构建了能够在金黄色葡萄球菌中进行快速高效基因组编辑的 pCasSA 质粒体系。这一发现对研究金黄色葡萄球菌的致病性和抗药性具有重要意义，为发现金黄色葡萄球菌中新的药物靶标提供了有效的工具。
CRISRP/Cas9 系统是近年来新发现的一种功能强大的基因编辑工具。该系统能够在任意指定的基因组位置造成 DNA 双链断裂，实现包括基因敲除、单碱基突变以及基因插入在内的精确基因组编辑。此外，CRISRP/Cas9 系统还可以应用于基因沉默、疾病模型构建，甚至是基因治疗。
图 1. Cas9 蛋白晶体结构和使用 CRISPR/Cas9 系统对基因组进行编辑的示意图
季泉江课题组构建的 pCasSA 质粒体系首次将 CRISPR/Cas9 系统应用于金黄色葡萄球菌中，是一种快速高效的基因组编辑技术。在金黄色葡萄球菌 RN4220、Newman 和 USA300（MRSA）菌株中使用该技术进行基因敲除、单碱基突变和基因插入都获得了成功，从而验证了该方法具有高效性和可靠性。传统的金黄色葡萄球菌基因组编辑方法操作复杂、实验周期长、耗时耗力。而该技术操作简单、实验效率高，大大减少了金黄色葡萄球菌基因组编辑的工作量。与此同时，该课题组还进一步对 pCasSA 质粒体系进行改造，使其能够有效抑制金黄色葡萄球菌中的基因转录，从而应用于特定基因群和全基因组层面药物靶标的筛选。pCasSA 质粒系统对于促进金黄色葡萄球菌中药物开发、酶学研究、天然产物发掘、基因表征等一系列基础和应用研究的发展都具有重要意义。
图 2. 基于 CRISPR/Cas9 系统的金黄色葡萄球菌基因组的编辑方法。（a）基因组编辑过程的示意图；（b）利用 pCasSA 系统在金黄色葡萄球菌 RN4220 菌株中对 cntA 基因进行敲除。
这一成果近期发表在 Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是上海科技大学的博士后陈未中，硕士研究生张翼飞为论文的第二作者，印第安纳大学医学院的 Won-Sik Yeo 博士和 Taeok Bae 教授分别为论文的第三和第四作者，季泉江助理教授为通讯作者，上海科技大学是第一完成单位。
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