Исследовательская группа под руководством Андреса Вальдеррамы из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего и Сурашри Кулкарни из отдела биологических наук разработала новую систему генного привода на основе CRISPR, которая значительно повышает эффективность инактивации гена, делающего бактерии устойчивыми к антибиотикам. Новая система использует технологию, разработанную биологами Калифорнийского университета в Сан-Диего для насекомых и млекопитающих, которая искажает генетическое наследование предпочтительных признаков, называемых «активной генетикой».«Новая« проактивная »генетическая система, или Pro-AG, подробно описана в статье, опубликованной 16 декабря в Nature Communications.
Широко распространенное назначение антибиотиков и их использование в производстве кормов для животных привело к росту устойчивости к противомикробным препаратам в окружающей среде.
Фактические данные указывают на то, что эти экологические источники устойчивости к антибиотикам передаются людям и способствуют нынешнему кризису в области здравоохранения, связанному с резким ростом числа устойчивых к лекарствам микробов. Эксперты в области здравоохранения прогнозируют, что угрозы, связанные с устойчивостью к антибиотикам, могут резко возрасти в ближайшие десятилетия, что приведет к смерти около 10 миллионов лекарственно-устойчивых болезней в год к 2050 году, если их не остановить.
Ядро Pro-AG включает модификацию стандартной технологии редактирования генов CRISPR-Cas9 в ДНК.
Работая с бактериями Escherichia coli, исследователи разработали метод Pro-AG для нарушения функции бактериального гена, обеспечивающего устойчивость к антибиотикам. В частности, система Pro-AG решает сложную проблему устойчивости к антибиотикам, представленную в форме плазмид, кольцевых форм ДНК, которые могут реплицироваться независимо от бактериального генома. Множественные копии или «амплифицированные» плазмиды, несущие гены устойчивости к антибиотикам, могут существовать в каждой клетке и обладать способностью передавать устойчивость к антибиотикам между бактериями, что создает серьезную проблему для успешного лечения.
Pro-AG работает по механизму репарации путем разрезания и вставки, чтобы нарушить активность гена устойчивости к антибиотикам, по крайней мере, на два порядка большей эффективности, чем современные методы разрезания и уничтожения.
Вальдеррама и Кулкарни, работающие в лабораториях Калифорнийского университета в Сан-Диего соавторами исследования профессорами Виктором Низе и Итаном Биром, соответственно, продемонстрировали эффективность нового метода в экспериментальных культурах, содержащих большое количество плазмид, несущих гены, которые, как известно, придают устойчивость к антибиотику ампициллину. Система основана на самоусиливающемся механизме «редактирования», который увеличивает ее эффективность за счет положительной обратной связи.
Результатом редактирования Pro-AG является вставка адаптированных генетических данных в целевые сайты с высокой точностью.
Возможные применения на людях включают потенциальные методы лечения пациентов, страдающих хроническими бактериальными инфекциями.
Хотя Pro-AG еще не готов для лечения пациентов, «система доставки человека, несущая Pro-AG, может быть развернута для лечения таких состояний, как муковисцидоз, хронические инфекции мочевыводящих путей, туберкулез и инфекции, связанные с устойчивыми биопленками, которые создают серьезные проблемы в больничных условиях. ", – сказал Низет, выдающийся профессор педиатрии и фармации и руководитель факультета сотрудничества Калифорнийского университета в Сан-Диего по борьбе с устойчивыми к антибиотикам микробами (CHARM).
В сочетании с различными существующими механизмами доставки для распространения системы Pro-AG через популяции бактерий, ученые говорят, что эта технология также может быть широко эффективной для удаления или «очистки» устойчивых к антибиотикам штаммов из окружающей среды в таких областях, как канализация, рыбоводные пруды и откормочные площадки. Поскольку Pro-AG «редактирует» свои цели, а не уничтожает их, эта система также позволяет создавать бактерии или манипулировать ими для широкого спектра будущих биотехнологических и биомедицинских приложений, делая их безвредными или даже нанимая для выполнения полезных функций.
«Высокоэффективная и точная природа Pro-AG должна позволить множество практических применений, включая распространение этой системы среди популяций бактерий с использованием одной из нескольких существующих систем доставки, чтобы значительно снизить распространенность устойчивости к антибиотикам в окружающей среде», – сказал Биер. , заслуженный профессор секции клеточной биологии и биологии развития и научный руководитель отделения Калифорнийского университета в Сан-Диего Института генетики и общества Тата (TIGS).