保护动物防御病原细菌和/或促进共生和共栖细菌的有益作用的基于RNA的治疗方法技术

技术编号:28684865 阅读:21 留言:0更新日期:2021-06-02 03:04
本发明专利技术涉及抑制细菌中基因表达的方法,其在本文中称为抗菌基因沉默(Antibacterial Gene Silencing,AGS)。在特定实施方案中,该方法用于通过小非编码RNA以序列特异性的方式靶向致病性因子和/或必需基因来保护植物和动物防御致病性细菌。该方法还可用于增强共栖或共生细菌的有益作用和/或生长。本发明专利技术涉及将小RNA实体以RNA提取物的形式、或包埋在植物细胞外小泡(EV)的形式外源递送到细菌上,用于减少细菌生长、存活和/或致病性。本发明专利技术还描述一种以快速、可靠和具有成本效益的方式鉴定具有抗菌活性、并且具有进一步开发成抗感染剂潜力的小RNA的方法。此外,后一种方法有助于快速表征来自任何细菌物种的任何基因。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】保护动物防御病原细菌和/或促进共生和共栖细菌的有益作用的基于RNA的治疗方法
专利技术概述本专利技术涉及抑制细菌中基因表达的方法,其在本文中称为抗菌基因沉默(AntibacterialGeneSilencing,AGS)。在特定实施方案中,该方法用于通过小非编码RNA以序列特异性的方式靶向致病性因子和/或必需基因来保护植物和动物防御病原细菌。该方法还可用于增强共生或共栖细菌的有益作用和/或生长。本专利技术涉及将小RNA实体以RNA提取物的形式、或包埋在植物细胞外小泡(EV)的形式外源递送到细菌上,用于减少细菌生长、存活和/或致病性。本专利技术还描述一种以快速、可靠和具有成本效益的方式鉴定具有抗菌活性并且具有进步一开发为抗感染剂潜力的小RNA的方法。此外,后一种方法有助于快速表征来自任何细菌物种的任何基因。
技术介绍
现有技术描述植物免疫系统概述植物免疫系统的第一层涉及与病原体或微生物相关的分子模式(Pathogen-或Microbe-AssociatedMolecularPattern,PAMP或MAMP)的识别,这些分子模式是由表面定位的模式识别受体(PRR)感测到的保守微生物特征(1)。配体结合后,这些受体会在PRR复合物上引发复杂的磷酸化级联反应,从而导致PAMP触发的免疫(PTI)(1)。为使疾病发生,病原体分泌抑制PTI的效应子(2)。例如,革兰氏阴性细菌丁香假单胞菌致病变种番茄(Pseudomonassyringaepv.tomato)菌株DC3000(PtoDC3000)向植物细胞中注入36种III型分泌的效应子,以抑制PTI(3)。这种细菌还会产生冠菌素(Coronatine)(COR),这是一种对致病性至关重要的植物毒素(4)。植物已经进化出疾病抗性(R)蛋白,它们可以感知病原体效应子的存在,从而触发宿主的抗逆防御(counter-counterdefense)(5)。大多数R蛋白都属于核苷酸结合结构域(NBD),即富含亮氨酸的重复(NLR)超家族,它们也存在于动物体内(2,5)。他们直接或间接识别病原体效应子,并产生效应子触发的免疫(ETI),这是一种有效的免疫反应,其与PTI明显重叠但幅度更大(6、7)。转录后基因沉默(PTGS)控制宿主-病原体的相互作用PTGS是一种保守的转录后基因调控机制,其已被广泛表征为通过靶向和降解病毒转录本而在植物中的天然抗病毒防御反应(8)。植物中RNA沉默或RNA干扰(RNAi)的核心机制涉及RNaseIII酶DICER-LIKE(DCL)蛋白对双链RNA(dsRNA)的识别和加工,从而导致产生20-25nt长的短干扰RNA(siRNA)双链体。这些siRNA双链体与Argonaute(AGO)蛋白结合,后者是RNA诱导的沉默复合物(RISC)的主要组分。随后,在AGO蛋白上的链分离形成一个成熟的RISC,其由AGO和单链RNA(引导链)组成,而乘客链(passengerstrand)则被降解。引导小RNA将AGO-RISC指导到序列互补的mRNA靶标上,导致它们的内切核酸裂解和/或翻译抑制。在过去十年中,还发现几种内源性短干扰RNA(siRNA)和微小RNA(miRNA)来协调针对非病毒病原体的PTI和ETI反应(9),这暗示PTGS在调节植物免疫系统中的关键作用。在植物中,可移动的小RNA可以触发邻近细胞以及远端组织中的非细胞自主沉默(10)。它们对于在感染之前启动抗病毒防御尤为重要(10)。非细胞自主沉默对于在植物细胞及与其相互作用的非病毒病原体、寄生性或共生性生物之间的沉默信号的转位也很关键,细菌除外,该方法尚未证明对细菌是靶向性的(11)。这种天然的跨界(cross-kingdom)调控机制最近在植物与真菌的相互作用中已经显著表征(12-17)。例如,发现特定植物miRNA被输出到真菌病原体黄萎病菌(Verticilliumdahliae)的菌丝中以触发毒力因子的沉默(14、17)。另一方面,内源性灰霉病菌(B.cinerea)小RNA可以输出到植物细胞中,使植物防御基因沉默(16),突出了植物和真菌病原体之间的双向跨界(bi-directionalcross-kingdom)的RNAi。虽然对宿主细胞和真菌细胞之间小RNA/dsRNA转运的机制知之甚少,但在吸器外间质(extrahaustorialmatrix)中大量小泡的存在表明它们可能在两种生物之间传递沉默信号(18)。与此假说相一致的是,两项最新研究提供证据,证明植物细胞外小泡(EV)对于将抗真菌小RNA递送到灰霉病菌细胞中以及将抗卵菌(anti-oomycete)小RNA递送到辣椒疫霉菌(Phytophthoracapsici)细胞中是必不可少的(17,19)。可以利用跨界RNAi提供对具有典型RNA沉默机制的真核病原体的防御最初是通过表达与给定寄生物或害虫的重要或致病性因子具有同源性的dsRNA来证明跨界RNAi的生物学相关性,前提是所述寄生物或害虫具有典型的RNAi机制(例如,功能性DCL和AGO蛋白)。迄今为止,这种宿主诱导基因沉默(HIGS)技术已成功用于保护植物抵御昆虫、线虫、卵菌、真菌和寄生植物的侵袭和捕食(WO2012/155112、WO2012/155109、CA2799453、EP2405013、US2013/177539、15、20、21))。例如,HIGS赋予针对禾谷镰刀菌(Fusariumgraminearum)和灰霉病菌的全面保护,通过在真菌感染之前将相关的外源dsRNA或siRNA喷洒到野生型植物内,这种现象得到充分的体现(15、20、21)。后一种现象称为喷洒诱导基因沉默(Spray-InducedGeneSilencing,SIGS),让人联想到“环境RNAi”,其是涉及从环境摄取RNA的过程,最初描述见于秀丽隐杆线虫(Caenorhabditiselegan)和某些昆虫中(21、22)。因此,HIGS/SIGS被认为是旨在将R基因或PAMP受体引入农业相关作物的常规育种或基因工程的有力补充、或甚至有时是替代(5、23、24)。此外,该技术提供更持久、更环境友好的植物保护解决方案,这可能有助于减少农药的使用,在某些情况下,农药的使用可能对人类健康和环境产生重大影响。HIGS/SIGS技术的当前限制HIGS/SIGS技术受到以下事实的限制,即,表明它们仅仅针对具有典型RNA沉默机制的植物病原体和寄生物具有功能。例如,针对禾谷镰刀菌的SIGS至少部分依赖于dsRNA的摄取、以及真菌DICER-LIKE1蛋白的进一步加工(21)。到目前为止,还没有针对不具有典型的RNAi机制的植物病原体的HIGS/SIGS实例,例如专利技术人在此处使用的细菌病原体,在其基因组中不包含典型的真核样RNA沉默因子,如S.Ghag在2017年的综述(22)中所述。这就是为什么至今尚未使用基于RNA的沉默技术保护植物抵御细菌病原体侵害的原因。这是一个相当大的限制,因为细菌病原体会对农业食品的质量和生产产生重大影响,从而导致全球范围内的重大经济损失。例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制靶细菌细胞中至少一个基因表达的体外方法,所述方法包括使所述靶细菌细胞与小RNA、或者含有小RNA的组合物接触的步骤,所述小RNA具有15至30个碱基对的长度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180817 EP 18306124.11.一种抑制靶细菌细胞中至少一个基因表达的体外方法,所述方法包括使所述靶细菌细胞与小RNA、或者含有小RNA的组合物接触的步骤,所述小RNA具有15至30个碱基对的长度。


2.根据权利要求1所述的方法,其中所述小RNA是siRNA或miRNA,其特异性抑制细菌必需基因、或细菌毒力基因或抗生素抗性基因的表达。


3.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述细菌是动物病原细菌。


4.根据权利要求3所述的方法,其中所述细菌选自:
以色列放线菌(Actinomycesisraelii)、炭疽芽孢杆菌(Bacillusanthracis)、蜡样芽孢杆菌(Bacilluscereus)、脆弱拟杆菌(Bacteroidesfragilis)、百日咳博德特氏菌(Bordetellapertussis)、包柔氏菌属(Borreliasp.)(伯氏(burgdorferi)、伽氏(garinii)、埃氏(afzelii)、回归热(recurrentis)、麝鼩(crocidurae)、达氏(duttonii)、赫氏(hermsii)等)、布鲁氏菌属(Brucellasp.)(牛(abortus)、犬(canis)、马耳他(melitensis)、猪(suis))、空肠弯曲杆菌(Campylobacterjejuni)、衣原体属(Chlamydiasp.)(肺炎(pneumoniae)、沙眼(trachomatis))、鹦鹉热衣原体(Chlamydophilapsittaci)、肉毒杆菌属(Clostridiumsp.)(肉毒杆菌(botulinum)、艰难(difficile)、产气荚膜(perfringens)、破伤风杆菌(tetani))、白喉杆菌(Corynebacteriumdiphtheriae)、埃立克体菌属(Ehrlichiasp.)(犬、查菲(chaffeensis))、肠球菌(Enterococcus)(粪(faecalis)、屎(faecium))、大肠杆菌(Escherichiacoli)O157:H7、土拉弗朗西斯菌(Francisellatularensis)、流感嗜血杆菌(Haemophilusinfluenza)、幽门螺杆菌(Helicobacterpylori)、肺炎克雷伯菌(Klebsiellapneumoniae)、克雷伯军团菌(Legionellapneumophila)、钩端螺旋体属(Leptospirasp.)、单细胞李斯特菌(Listeriamonocytogenes)、分枝杆菌属(Mycobacteriumsp.)(麻风(leprae)、结核(tuberculosis))、肺炎支原体(Mycoplasmapneumoniae)、奈瑟氏菌(Neisseria)(淋病(gonorrhoeae)、脑膜炎(meningitidis))、铜绿假单胞菌(Pseudomonasaeruginosa)、牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonasgingivalis)、星状诺卡菌(Nocardiaasteroides)、立克次氏立克次体(Rickettsiarickettsii)、沙门氏菌属(Salmonellasp.)(伤寒(typhi)、鼠伤寒(typhimurium))、志贺氏菌属(Shigellasp.)(猪痢疾(sonnei)、痢疾(dysenteriae))、葡萄球菌(Staphylococcus)(金黄色葡萄球菌(aureus)、表皮(epidermidis)、腐生(saprophyticus))、链球菌属(Streptococcussp.)(龙舌兰(agalactiae)、变形(mutans)、肺炎(pneumoniae)、化脓(pyogenes)、绿色(viridans))、福赛斯坦纳菌(Tannerellaforsythia)、梅毒螺旋体(Treponemapallidum)、霍乱弧菌(Vibriocholerae)和鼠疫耶尔森氏菌(Yersiniapestis)。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其中所述组合物包含细胞外游离小RNA,或含有所述小RNA的细胞外小泡、或含有所述小RNA的非原质体流体、或与所述小RNA偶联的纳米颗粒。


6.一种治疗组合物,其包含作为活性成分的小RNA,所述小RNA具有15至30个碱基对的长度,其中所述小RNA特异性抑制至少一个细菌基因的表达。


7.根据权利要求6所述的治疗组合物,其中所述细菌基因是细菌毒力因子基因或细菌生存力基因或抗生素抗性基因。


8.根据权利要求6或7所述的治疗组合物,其包含细胞外游离小RNA、或含有所述小RNA的细胞外小泡、或含有所述小RNA的非原质体流体、或与所述小RNA偶联的纳米颗粒、以及药学上可接受的赋形剂。


9.根据权利要求6至8中任一项所述的治疗组合物,其中其配制成用于口服、局部、或全身施用,优选作为丸剂、霜剂、或口服喷雾剂。


10.根据权利要求6至9中任一项所述的治疗组合物,其中所述毒力因子基因、或生存力基因、或抗生素抗性基因选自:包括III型分泌系统的分泌系统、IV型分泌系统的结构基因、VI型分泌系统的结构基因、dot/icm系统的基因、群体感应基因、参与氨基酸合成的必需基因、转肽酶、细菌转录机制的组分、细菌细胞壁的结构组分、对细胞分裂至关重要的基因、肌动蛋白的结构同源物、普通抗生素靶标等。


11.根据权利要求6至10中任一项所述的治疗组合物,其中所述毒力因子基因、或细菌生存力基因、或抗生素抗性基因选自:PscC、PscJ、PscN、VirB1、VirD4、TssM、TssJ、TssB/TssC、TssE、VgrG、Hcp、DotC、DotD、DotF、DotG和DotH、LuxS、Luxl/LuxR、AroA、LysC、CysH、GalU、PbpA、PbpB、PbpC、Pigma70、Sigma54、Arc、Ptr、Nor、Mep、Cme、TEM、SHV、GES、VIM、NDM、AmpC、VIM-1、VIM-2、VIM-3、VIM-5、CasE、OXA-28、OXA-14、OXA-19、OXA-145、PER-1、TEM-116、GES-9、FtsZ、FtsA、FtsN、FtsK、FtsI、FtsW、ZipA、ZapA、TolA、TolB、TolQ、TolR、Pal、MinCD、MreB和Mld。


12.根据权利要求6至11中任一项限定的治疗组合物,用于在需要其的受试者中治疗和/或预防细菌感染的用途。


13.根据权利要求12所述用途的治疗组合物,其中所述受试者是以下属的动物:智人(Homosapiens)、家犬(Canislupus)、家猫(Feliscatus)、家马(Equuscaballus)、普通牛(BosTaurus)、绵羊(Ovisaries)、家山羊(Caprahircus)、野猪(Susscrofa)、原鸡(Gallusgallus)、火鸡(Meleagrisgallopavo)、灰雁(Anseranser)、绿头鸭(Anasplatyrhynchos)、或穴兔(Oryctolaguscuniculus)。


14.根据权利要求12或13所述用途的治疗组合物,其中其口服、局部或全身施用至所述受试者。


15.具有15至30个碱基对长度并且特异性抑制至少一个细菌基因的表达的小RNA、或如权利要求6至11所述的治疗组合物,用于在需要其的受试者中治疗和/或预防细菌感染的用途,其中所述小RNA通过口服、局部或全身地施用至受试者。


16.根据权利要求15所述用途的小RNA或组合物,其中所述受试者是以下属的动物:智人、家犬、家猫、家马、普通牛、绵羊、家山羊、野猪、原鸡、火鸡、灰雁、绿头鸭、或穴兔。


17.根据权利要求15或16所述用途的小RNA或组合物,其中所述细菌感染是由于选自以下的人病原细菌:
以色列放线菌、炭疽芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、脆弱拟杆菌、百日咳博德特氏菌、包柔氏菌属(伯氏、伽氏、埃氏、回归热、麝鼩、达氏、赫氏等)、布鲁氏菌属(牛、犬、马耳他、猪)、空肠弯曲杆菌、衣原体属(肺炎、沙眼)、鹦鹉热衣原体、肉毒杆菌属(肉毒杆菌、艰难、产气荚膜、破伤风杆菌)、白喉杆菌、埃立克体菌属(犬、查菲)、肠球菌(粪、屎)、大肠杆菌O157:H7、土拉弗朗西斯菌、流感嗜血杆菌、幽门螺杆菌、肺炎克雷伯菌、克雷伯军团菌、钩端螺旋体属、单细胞李斯特菌、分枝杆菌属(麻风、结核)、肺炎支原体、奈瑟氏菌(淋病、脑膜炎)、铜绿假单胞菌、牙龈卟啉单胞菌、星状诺卡菌、立克次氏立克次体、沙门氏菌属(伤寒、鼠伤寒)、志贺氏菌属(猪痢疾、痢疾)、葡萄球菌(金黄色葡萄球菌、表皮、腐生)、链球菌属(龙舌兰、变形、肺炎、化脓、绿色)、福赛斯坦纳菌、梅毒螺旋体、霍乱弧菌和鼠疫耶尔森氏菌。


18.根据权利要求15至17中任一项所述用途的小RNA或组合物,其中其特异性抑制至少一个细菌毒力因子、或细菌必需基因、或抗生素抗性基因的表达。


19.根据权利要求15至18中任一项所述用途的小RNA或组合物,其包含细胞外游离小RNA、或含有所述小RNA的细胞外小泡、或含有所述小RNA的非原质体流体、或与所述小RNA偶联的纳米颗粒。


20.具有15至30个碱基对长度并且特异性抑制至少一个细菌基因的表达的小RNA,用于促进共栖的或共生的有益细菌在需要其的受试者中的有益效果的用途,其中所述小RNA通过口服、局部或全身地施用至受试者。


21.根据权利要求20所述用途的小RNA,其中所述共栖的或共生的有益细菌选自:
奈氏放线菌(Actinomycesnaeslundii)、殊异韦荣菌(Veillonelladispar)、普氏栖粪杆菌(Faecalibacteriumprausnitzii)、肠杆菌(Enterobacteriaceae)、多形拟杆菌(Bacteroidesthetaiotaomicron)、大肠杆菌K12(EscherichiacoliK12)、双歧杆菌属(Bifidobacteriumsp.)(长(longum)、双歧(bifidum)、青春(adolescentis)、齿(dentium)、短(breve)、嗜热(themophilum))、迟缓埃格瑟拉菌(Eggerthellalenta)、拟杆菌属(Bacteroidessp.)(解木聚糖(xylanisolvens)、多型(thetaiotaomicron)、脆弱(fragilis)、普通(vulgatus)、盐藻(salanitronis)、狄氏副拟杆菌(Parabacteroidesdistasonis)、普氏栖粪杆菌(Faecalibacteriumprausnitzii)、瘤胃球菌属(Ruminococcussp.)(布鲁米(Bromii)、champanellensis、SR1/5)、链球菌属(Streptococcus)(副血(parasanguinis)、嗜酸(salivarius)、嗜热(thermophilus)、猪、化脓(pyogenes)、咽峡炎(anginosus))、乳球菌属(Lactococcus)(乳酸(lactis)、格氏(garvieae))、肠球菌(粪、屎、卡塞尔(casseliflavus)、durans、海氏(hirae))、蜂房蜜蜂球菌(Melissococcusplutonius)、嗜盐四球菌(Tetragenococcushalophilus)、乳杆菌属(Lactobacillussp.)(干酪(casei)、鲁米尼(ruminis)、德尔布吕克(delbrueckii)、布氏(buchneri)、罗伊特氏(reuteri)、发酵(fermentum)、戊糖(pentosus)、淀粉(amylovorus)、唾液(salivarius))、片球菌(Pediococcus)(戊糖(pentosaceus)、克劳森氏(claussenii))、明串珠菌(Leuconostoc)(肠膜(mesenteroides)、乳酸(lactis)、肉质(carnosum)、明胶(gelidum)、柠檬(citreum))、魏斯氏菌(Weissella)(泰国(th...

【专利技术属性】
技术研发人员:L·纳瓦罗M·辛加拉拉斯托吉
申请(专利权)人:国家科学研究中心巴黎高等师范学院国家健康科学研究所
类型:发明
国别省市:法国;FR

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