DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1747931
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42199538
تاريخ النشر: 2026-05-11
المؤلف: Maha S.I. Wizrah
الموضوع الرئيسي: كريسبر والهندسة الوراثية
نظرة عامة
يتناول قسم ورقة البحث الحاجة الملحة لاستراتيجيات مضادة للميكروبات بديلة بسبب ارتفاع عدد البكتيريا المقاومة لمجموعة من الأدوية (MDR)، والتي قللت من فعالية المضادات الحيوية التقليدية. يبرز الإمكانات التي توفرها أنظمة CRISPR-Cas، التي تعمل كأدوات قابلة للبرمجة لاستهداف محددات مقاومة الميكروبات (AMR). يهدف الاستعراض المنهجي إلى تقييم جوانب مختلفة من أنظمة CRISPR-Cas، بما في ذلك آلياتها المضادة للبكتيريا، وطرق توصيلها، والأدلة ما قبل السريرية، واعتبارات السلامة، والإمكانات الانتقالية.
ركزت عملية البحث في الأدبيات، التي أجريت في عدة قواعد بيانات حتى يناير 2026، على الدراسات الأصلية التي تقيم أنظمة CRISPR-Cas (مثل Cas9 وCas12 وCas13) من حيث نشاطها المضاد للبكتيريا أو قدرتها على إعادة حساسية المضادات الحيوية. تشير النتائج إلى أن هذه الأنظمة تستهدف بفعالية البكتيريا المقاومة لمجموعة من الأدوية من خلال آليات مثل تحفيز كسر مزدوج في الحمض النووي الكروموسومي وعلاج البلازميدات المقاومة. من بين استراتيجيات التوصيل، أظهرت توصيلات الفاجات فعالية أكثر اتساقًا. ومن الجدير بالذكر أن كوكتيل الفاجات المعزز بـ CRISPR (LBP-EC01) قد تقدم إلى التقييم السريري. تؤكد الخاتمة أنه بينما تمثل أنظمة CRISPR-Cas جبهة واعدة في مكافحة البكتيريا المقاومة لمجموعة من الأدوية، يجب معالجة التحديات مثل التوصيل، وهروب البكتيريا، والسلامة. يُقترح نهج مشترك يدمج CRISPR مع مضادات الميكروبات الأخرى ونماذج انتقالية صارمة لتسهيل تطبيقها السريري.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التحدي الصحي العالمي الحرج الذي تطرحه مقاومة الميكروبات (AMR)، كما اعترفت به منظمة الصحة العالمية (WHO). إن ظهور مسببات الأمراض البكتيرية المقاومة لمجموعة من الأدوية (MDR) والمقاومة بشكل موسع (XDR)، مثل *Enterobacterales* و*Pseudomonas aeruginosa* و*Acinetobacter baumannii* و*Staphylococcus aureus*، يتجاوز تطوير مضادات حيوية جديدة. تتفاقم هذه الحالة بسبب عدم فعالية العلاجات التقليدية ضد كل من العدوى المكتسبة في المستشفيات والعدوى المكتسبة في المجتمع، والتي تزداد بشكل متزايد بسبب مسببات الأمراض المختلفة، بما في ذلك الفيروسات والبكتيريا المرتبطة بالأغشية الحيوية.
يناقش القسم أيضًا إمكانات أنظمة CRISPR-Cas كعوامل مضادة للميكروبات مبتكرة. تقدم هذه الأنظمة، التي تعمل كآليات مناعية تكيفية في البكتيريا والعتائق، إمكانية البرمجة والخصوصية التي يمكن استغلالها لاستهداف مسببات الأمراض المحددة، والقضاء على جينات المقاومة، وتقليل السمية مع الحفاظ على الميكروبات المفيدة. تقدم التطورات الأخيرة في تكنولوجيا CRISPR، بما في ذلك تحسين طرق التوصيل والآليات التنظيمية، طرقًا جديدة للتعامل بفعالية مع البكتيريا المقاومة لمجموعة من الأدوية. يهدف البحث إلى تقييم فعالية وإمكانية انتقال أنظمة CRISPR-Cas المختلفة (مثل Cas9 وCas12 وCas13) كأدوات مضادة للبكتيريا، مع التركيز على آليات عملها، ومنصات التوصيل، والنتائج ما قبل السريرية، والقيود.
طرق
في قسم منصات التوصيل، يناقش المؤلفون استخدام الفاجات والفاجيميدات كوسائل واعدة لمضادات الميكروبات المعتمدة على CRISPR. تستغل هذه العوامل البيولوجية قدرتها الفطرية على إدخال المادة الوراثية في خلايا البكتيريا، مما يظهر فعالية في الدراسات ما قبل السريرية للقضاء على مسببات الأمراض البكتيرية في الجسم الحي (Onyeyili et al., 2025). الميزة الرئيسية لتوصيل الفاجات هي قدرتها على استهداف سلالات البكتيريا المقاومة بشكل انتقائي مع الحفاظ على الميكروبات المفيدة. بالإضافة إلى ذلك، تكون الفاجات فعالة في البيئات الصعبة، مثل الأغشية الحيوية والأسطح المخاطية، حيث غالبًا ما تفشل المضادات الحيوية التقليدية. ومع ذلك، فإن القيود مثل نطاق المضيف المحدود، والتخلص المدعوم من المناعة، ومخاطر التحويل الليزوني، والتحديات في التغطية المستقرة لحمولات CRISPR، ووجود بروتينات مضادة لـ CRISPR تشكل عقبات انتقالية كبيرة. وبالتالي، يُعتبر توصيل الفاجات الأكثر ملاءمة للتدخلات المستهدفة والمحددة لمسببات الأمراض بدلاً من التطبيقات واسعة النطاق.
يسلط القسم الضوء أيضًا على تجربة ELIMINATE المرحلة الثانية، التي قيمت LBP-EC01، وهو كوكتيل من ستة فاجات محسنة وراثيًا لعلاج التهابات المسالك البولية الناتجة عن *Escherichia coli*، مما يظهر السلامة والفعالية في تحقيق القضاء على البكتيريا وحل الأعراض (Kim et al., 2024). على الرغم من أن هذه التجربة لم تقيم مباشرة الفاجات المشفرة بـ CRISPR، إلا أنها تقدم دليلًا أساسيًا على إمكانية العلاج بالفاجات المهندسة، مما قد يسهل الطريق لمنصات CRISPR المستقبلية. بالإضافة إلى ذلك، يذكر المؤلفون طرق توصيل بديلة، مثل التحفيز الكهربائي والتعديل الكيميائي، التي تكون فعالة في المختبر ولكن ليس من السهل ترجمتها إلى التطبيقات في الجسم الحي. يتم استكشاف استراتيجيات ناشئة، بما في ذلك الأنظمة الخالية من الخلايا والجزيئات الشبيهة بالفاجات الاصطناعية، مع التركيز على القابلية للتحكم، وقابلية التصنيع، والتوافق التنظيمي على كفاءة التوصيل القصوى، مما قد يؤثر على تطوير تنسيقات CRISPR المضادة للميكروبات المقبولة سريريًا (Assad-Garcia et al., 2022; Nour El-Din et al., 2025).
النتائج
تصنف نتائج الدراسة الأبحاث المضادة للبكتيريا المعتمدة على CRISPR-Cas إلى ستة مجالات موضوعية، حيث يركز أكبر مجال على آليات العمل. يشمل ذلك تصنيف أنظمة CRISPR-Cas إلى فئتين رئيسيتين (I و II) وآلياتها الجزيئية المعنية بالنشاط المضاد للبكتيريا. تشمل الآليات الرئيسية التي تم تحديدها تحفيز كسر مزدوج في الحمض النووي في الجينات الأساسية، والقضاء على البلازميدات المقاومة، واستهداف منصات الإنتغرون، وتعطيل تشكيل الأغشية الحيوية، وكبح عوامل السمية. تؤكد اعتبارات التصميم على أهمية خصوصية RNA الدليل، واختيار النوكليراز، واستخدام استراتيجيات الاستهداف المتعددة لتعزيز الفعالية وتقليل المقاومة.
مجال آخر مهم هو استراتيجيات التوصيل والنقل، التي تشمل منصات مختلفة مثل الأنظمة المعتمدة على الفاجات، والبلازميدات الموصلة، والناقلات غير الفيروسية مثل الجسيمات النانوية والحويصلات. تهدف هذه الطرق إلى تحسين كفاءة التوصيل واستقرار تركيبات CRISPR في تجمعات البكتيريا. تظهر الدراسات ما قبل السريرية في الجسم الحي إمكانية أنظمة CRISPR-Cas في تقليل تجمعات البكتيريا المقاومة مع الحفاظ على استقرار الميكروبيوم، مما يظهر فعالية في القضاء على البكتيريا واستعادة حساسية المضادات الحيوية في مسببات الأمراض ذات الصلة السريرية. ومع ذلك، لا تزال التحديات قائمة، بما في ذلك قيود التوصيل، وآليات المقاومة، وتأثيرات غير مستهدفة، والاعتبارات التنظيمية، مما يستلزم مزيدًا من البحث لتحسين تطبيقات CRISPR في الإعدادات السريرية.
مناقشة
ت outlines قسم المناقشة في ورقة البحث الاختيار المنهجي وتجميع الدراسات المتعلقة باستراتيجيات CRISPR-Cas المضادة للميكروبات. تم تحديد ما مجموعه 524 سجلًا، مع تضمين 117 دراسة في التجميع النوعي بعد فحص صارم. استخدمت عملية استخراج البيانات نموذجًا موحدًا لالتقاط المعلمات الرئيسية مثل أنواع مؤثرات CRISPR، والأهداف البكتيرية، وأنظمة التوصيل. نظرًا لتنوع تصاميم الدراسات، تم اعتماد نهج تجميع سردي، يصنف الدراسات بناءً على آليات CRISPR ومنصات التوصيل، مع معالجة التحديات الانتقالية واعتبارات السلامة.
تظهر مضادات الميكروبات المعتمدة على CRISPR-Cas إمكانية إعادة حساسية البكتيريا المقاومة لمجموعة من الأدوية (MDR) من خلال تدخلات جينية مستهدفة، مثل تحفيز كسر مزدوج في جينات المقاومة أو علاج البلازميدات المقاومة. تعمل هذه الأنظمة كأدوات دقيقة، تحول محددات المقاومة إلى نقاط ضعف بدلاً من الاعتماد على السمية واسعة الطيف. تشير النتائج إلى أن استراتيجيات CRISPR يمكن أن تستهدف بفعالية الأغشية الحيوية وعوامل السمية، مما يعزز فعالية المضادات الحيوية الحالية. ومع ذلك، لا تزال التحديات الكبيرة قائمة، بما في ذلك التوصيل الفعال، وخطر الطفرات الهاربة، والأضرار الجانبية للميكروبات المفيدة. تؤكد المناقشة على الحاجة إلى استراتيجيات تصميم متكاملة وتحسين دقيق لمنصات التوصيل لتسهيل الترجمة السريرية لمضادات الميكروبات المعتمدة على CRISPR، مما يبرز إمكاناتها لإعادة تعريف العلاج المضاد للبكتيريا كإجراء قابل للبرمجة ومحدد لمسببات الأمراض.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2026.1747931
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42199538
Publication Date: 2026-05-11
Author(s): Maha S.I. Wizrah
Primary Topic: CRISPR and Genetic Engineering
Overview
The research paper section discusses the urgent need for alternative antimicrobial strategies due to the rise of multidrug-resistant (MDR) bacteria, which have diminished the efficacy of traditional antibiotics. It highlights the potential of CRISPR-Cas systems, which serve as programmable tools for targeting antimicrobial resistance (AMR) determinants. The systematic review aims to assess various aspects of CRISPR-Cas systems, including their antibacterial mechanisms, delivery methods, preclinical evidence, safety considerations, and translational potential.
The literature search, conducted in multiple databases up to January 2026, focused on original studies evaluating CRISPR-Cas systems (such as Cas9, Cas12, and Cas13) for their antibacterial activity or ability to resensitize antibiotics. The findings indicate that these systems effectively target MDR bacteria through mechanisms like chromosomal double-strand break induction and resistance plasmid curing. Among the delivery strategies, bacteriophage-mediated delivery showed the most consistent efficacy. Notably, a CRISPR-enhanced engineered bacteriophage cocktail (LBP-EC01) has progressed to clinical evaluation. The conclusion emphasizes that while CRISPR-Cas systems represent a promising frontier in combating MDR bacteria, challenges such as delivery, bacterial escape, and safety must be addressed. A combined approach integrating CRISPR with other antimicrobials and rigorous translational models is suggested to facilitate their clinical application.
Introduction
The introduction highlights the critical global health challenge posed by antimicrobial resistance (AMR), as recognized by the World Health Organization (WHO). The emergence of multidrug-resistant (MDR) and extensively drug-resistant (XDR) bacterial pathogens, such as *Enterobacterales*, *Pseudomonas aeruginosa*, *Acinetobacter baumannii*, and *Staphylococcus aureus*, is outpacing the development of new antibiotics. This situation is exacerbated by the ineffectiveness of conventional treatments against both hospital-acquired and community-acquired infections, which are increasingly caused by various pathogens, including viruses and biofilm-associated bacteria.
The section also discusses the potential of CRISPR-Cas systems as innovative antimicrobial agents. These systems, which serve as adaptive immune mechanisms in bacteria and archaea, offer programmability and specificity that could be harnessed to target specific pathogens, eliminate resistance genes, and reduce virulence while preserving beneficial microbiota. Recent advancements in CRISPR technology, including improved delivery methods and regulatory mechanisms, present new avenues for effectively addressing MDR bacteria. The research aims to evaluate the efficacy and translational feasibility of various CRISPR-Cas systems (e.g., Cas9, Cas12, Cas13) as antibacterial tools, focusing on their mechanisms of action, delivery platforms, preclinical outcomes, and limitations.
Methods
In the section on delivery platforms, the authors discuss the use of bacteriophages and phagemids as promising vehicles for CRISPR-based antimicrobials. These biological agents exploit their inherent ability to introduce genetic material into bacterial cells, demonstrating efficacy in preclinical studies for the elimination of bacterial pathogens in vivo (Onyeyili et al., 2025). The primary advantage of phage-mediated delivery is its ability to selectively target resistant bacterial strains while preserving beneficial commensal microbiota. Additionally, phages are effective in challenging environments, such as biofilms and mucosal surfaces, where traditional antibiotics often fail. However, limitations such as restricted host range, immune-mediated clearance, risks of lysogenic conversion, challenges in stable encapsidation of CRISPR payloads, and the presence of anti-CRISPR proteins pose significant translational hurdles. Consequently, phage delivery is deemed most suitable for targeted, pathogen-specific interventions rather than broad-spectrum applications.
The section also highlights the Phase 2 ELIMINATE trial, which evaluated LBP-EC01, a genetically enhanced six-phage cocktail for treating Escherichia coli urinary tract infections, demonstrating safety and efficacy in achieving bacterial clearance and symptom resolution (Kim et al., 2024). Although this trial did not directly assess CRISPR-encoded phages, it provides essential proof-of-concept for the clinical viability of engineered phage therapeutics, potentially easing the path for future CRISPR-enabled platforms. Additionally, the authors mention alternative delivery methods, such as electroporation and chemical modification, which are effective in vitro but not easily translatable to in vivo applications. Emerging strategies, including cell-free systems and artificial phage-like particles, are being explored, emphasizing controllability, manufacturability, and regulatory compatibility over maximal delivery efficiency, which may influence the development of clinically acceptable CRISPR antimicrobial formats (Assad-Garcia et al., 2022; Nour El-Din et al., 2025).
Results
The results of the study categorize CRISPR-Cas-based antibacterial research into six thematic domains, with the largest domain focusing on mechanisms of action. This includes the classification of CRISPR-Cas systems into two main classes (I and II) and their respective molecular mechanisms for antibacterial activity. Key mechanisms identified are the induction of double-strand DNA breaks in essential genes, elimination of resistance plasmids, targeting of integron platforms, disruption of biofilm formation, and repression of virulence factors. Design considerations emphasize the importance of guide RNA specificity, nuclease selection, and the use of multiplex targeting strategies to enhance efficacy and minimize resistance.
Another significant domain is delivery and transmission strategies, which encompass various platforms such as bacteriophage-based systems, conjugative plasmids, and non-viral carriers like nanoparticles and vesicles. These methods aim to improve delivery efficiency and stability of CRISPR constructs in bacterial populations. In vivo preclinical studies demonstrate the potential of CRISPR-Cas systems to reduce resistant bacterial populations while maintaining microbiome stability, showing effective bacterial clearance and restoration of antibiotic susceptibility in clinically relevant pathogens. However, challenges remain, including delivery limitations, resistance mechanisms, off-target effects, and regulatory concerns, which necessitate further research to optimize CRISPR applications in clinical settings.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the systematic selection and synthesis of studies related to CRISPR-Cas antimicrobial strategies. A total of 524 records were identified, with 117 studies included in the qualitative synthesis after rigorous screening. The data extraction process employed a standardized form to capture key parameters such as CRISPR effector types, bacterial targets, and delivery systems. Due to the heterogeneity of study designs, a narrative synthesis approach was adopted, categorizing studies based on CRISPR mechanisms and delivery platforms, while also addressing translational challenges and safety considerations.
CRISPR-Cas antimicrobials demonstrate the potential to resensitize multidrug-resistant (MDR) bacteria through targeted genetic interventions, such as inducing double-strand breaks in resistance genes or curing resistance plasmids. These systems function as precision tools, converting resistance determinants into vulnerabilities rather than relying on broad-spectrum toxicity. The findings indicate that CRISPR strategies can effectively target biofilms and virulence factors, enhancing the efficacy of existing antibiotics. However, significant challenges remain, including effective delivery, the risk of escape mutations, and collateral damage to beneficial microbiota. The discussion emphasizes the need for integrated design strategies and careful optimization of delivery platforms to facilitate the clinical translation of CRISPR-based antimicrobials, highlighting their potential to redefine antibacterial therapy as a programmable, pathogen-specific intervention.