肺炎克雷伯菌(Kp)群体携带的耐药编码和毒力编码流动遗传元件(MGEs)严重威胁着全球健康。
2024年6月18日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余，上海交通大学秦金红及郭晓奎共同通讯在
Nucleic Acids Research
在线发表题为
“
A new anti-CRISPR gene promotes the spread of drug-resistance plasmids in Klebsiella pneumoniae
”
的研究论文，该研究
报告了一种新的抗CRISPR，并强调了它在病原体之间传播耐药性和毒力的潜在作用。
该研究利用I-E*型CRISPR-Cas系统在肺炎克雷伯菌的自靶序列共轭质粒上发现了一个新的抗
CRISPR
基因(acrIE10)。AcrIE10与肺炎克雷伯菌I-E* CRISPR-Cas系统的Cas7*亚基相互作用。AcrIE10-KpCas7 *复合物的晶体结构表明，AcrIE10通过直接结合Cas7阻止其六聚体化来抑制I-E* CRISPR-Cas，从而阻止监视复合物的组装和crRNA的装载。
生物信息学和功能分析表明，AcrIE10在多种物种中具有广泛的功能分布。
肺炎克雷伯菌是对人类健康构成全球性威胁的ESKAPE耐药病原体(金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌和肠杆菌)之一，是2019年全球造成健康损失的五大主要病原体之一。
肺炎克雷伯菌引起的大多数感染是由两种病原引起的，即卫生保健相关的多药耐药(MDR)克隆和社区获得性高毒(hv)克隆。传统上，来自两种病型的菌株被认为是不重叠的，因为它们彼此表现出不同的遗传背景。作为一种质粒“收集器”，肺炎克雷伯菌通常通过获得携带毒力基因的非结合质粒而进化为高毒力(hv)，并通过获得携带抗生素耐药基因的结合质粒而进化为多重耐药。
如今，耐药基因和毒力基因融合在单个共轭质粒上的克隆的出现表明耐多药hv肺炎克雷伯菌克隆可能迅速传播并成为流行病。
CRISPR-Cas系统作为细菌防御系统之一，已被报道能够防御噬菌体和质粒等移动遗传元件(MGEs)的入侵。
据估计，约23.8%的肺炎克雷伯菌菌株在其基因组中携带I-E/E*型(I-E的一个亚型)CRISPR-Cas系统。研究表明，在肺炎克雷伯菌中，CRISPR-Cas系统与获得性耐药编码质粒之间存在负相关。然而，某些肺炎克雷伯菌菌株，特别是那些多位点序列型(ST) 147和ST15，同时携带I-E/E* CRISPR-Cas系统和抗生素抗性编码质粒。
对这些菌株的进一步分析显示，其基因组中含有的质粒和噬菌体中的CRISPR阵列间隔序列匹配。这增加了反防御系统可能存在于这些MGEs中的可能性。
图形摘要（图源自
Nucleic Acids Research
）
抗
CRISPR
(Anti-CRISPR, Acr)蛋白是一种通常由外源入侵者(噬菌体、质粒和其他MGEs)编码的对抗CRISPR-Cas系统的反防御蛋白，
先前报道的Acr蛋白序列相似性较低，并通过多种机制抑制CRISPR-Cas系统，这使得使用基于序列相似性的搜索方法识别Acr具有挑战性。通过使用抗
CRISPR
转录调节因子Aca作为标记，该标记通常定位下游Acrs并包含保守的螺旋-转-螺旋结构域，应用“关联内疚”计算方法成功鉴定了多个新的Acr家族，如AcrIE5-AcrIE7, AcrIE4-F7和AcrIF15-AcrIF24。
近年来，通过间隔靶向和泛基因组分析技术发现了更多的
Acrs
。
研究以肺炎克雷伯菌I-E/E* CRISPR-Cas系统的亚基为诱饵，通过酵母双杂交(YTH)试验，
针对临床肺炎克雷伯菌菌株MGEs编码的假设蛋白文库，筛选其潜在的相互作用蛋白。研究发现了一种新型的Acr (AcrIE10)，它与肺炎克雷伯菌CRISPR-Cas系统的Cas7*亚基相互作用。
随后测定了Cas7*和AcrIE10二元复合体的晶体结构，并阐明了AcrIE10在肺炎克雷伯菌结合质粒传播中的作用。
参考消息：
https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkae516/7695504
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