科學傢們展示一種在復雜環境中編輯細菌基因組的新的潛在方式，CRISPR是一種工具，使科學傢能夠對活細胞的基因組進行精確的剪切和粘貼編輯。它是由一種酶來實現的，這種酶從目標上剪下一段DNA，並允許它被替換成更有益的內容。使用這種強大的技術不僅使科學傢能夠找到治療疾病的新方法，還能設計出更健康的作物，控制害蟲，去除寵物身上的過敏原，甚至將細胞變成微型計算機。
在自然界中，CRISPR最初是由細菌作為一種防禦機制來對付捕食它們的病毒，但在新的研究中，研究人員扭轉局面。他們設計獵殺細菌的病毒，基礎來自於廣為人知的噬菌體，特別設計的噬菌體可以針對某些菌株，向它們註入CRISPR DNA，對它們的基因組進行特定編輯。
在實驗室測試中，這些噬菌體--被命名為T7和lambda--負責向大腸桿菌傳遞基因，使細菌發出熒光，並改變它們對一種抗生素的抗性。果然，這些變化在細菌身上被看到，表明它正在發揮作用。
在下一個測試中，該團隊使用λ噬菌體來運輸所謂的胞嘧啶堿基編輯器。這種工具並不切斷目標的DNA，而是改變序列中的一個字母，使特定的基因失去活性，使之成為一種更溫和的細菌。
該研究的主要作者Matthew Nethery說："我們在這裡使用堿基編輯器作為大腸桿菌中基因的一種可編程的開關。使用這樣的系統，我們可以對基因組進行高度精確的單字母改變，而不會出現通常與CRISPR-Cas瞄準有關的雙鏈DNA斷裂。"
最後的測試被設計為模擬一個更自然的環境，使用一個人造的生態系統（EcoFAB）。這涉及到在一個罐子裡裝上由沙子和石英組成的合成土壤、一些液體和三種不同類型的細菌，包括大腸桿菌。其目的是測試噬菌體在一個更真實的環境中追捕其目標的能力如何，以及它們是否能從其他物種中分離出大腸桿菌。
當λ被引入EcoFAB時，它在編輯大腸桿菌方面取得相當大的成功，研究小組報告說整個細菌群體的效率高達28%。研究人員說，隨著進一步的工作，這種技術最終可以在土壤細菌的大規模基因編輯中找到用途，甚至可能在腸道微生物組中找到。
該研究的通訊作者Rodolphe Barrangou說："我們認為這是一種幫助微生物組的機制。我們可以對一個特定的細菌進行改變，而微生物組的其他部分仍然不受影響。這是一個可以在任何復雜的微生物群落中采用的概念證明，這可以轉化為更好的植物健康和更好的胃腸道健康--對食品和健康具有重要意義的環境。"
這項研究發表在《美國科學院院刊》上。