Отпорност на антибиотике (АР) је брзо ескалирала последњих година, прерастајући у озбиљну глобалну здравствену опасност. Бактерије које изазивају болести се стално прилагођавају, проналазећи нове начине да преживе третмане који су их некада елиминисали. Као резултат тога, шире се „супербактерије“ отпорне на лекове, а пројекције сугеришу да би до 2050. године могле бити одговорне за више од 10 милиона смртних случајева широм света сваке године.
Ове опасне бактерије често успевају у болницама, објектима за пречишћавање отпадних вода, сточарским операцијама и рибњацима. Као одговор на ову све већу претњу, научници се окрећу напредним генетским технологијама. Истраживачи са Универзитета Калифорније у Сан Дијегу сада користе моћне нове алате за уређивање гена како би се директно супротставили отпорности на антибиотике.
Стратегија ЦРИСПР Гене Дриве циља отпорност
Професори Етхан Биер и Јустин Меиер са Школе биолошких наука УЦ Сан Диего удружили су се како би створили нови начин за уклањање особина отпорности из бактеријских популација. Њихов приступ се заснива на уређивању гена ЦРИСПР и позајмљује концепте из генских покретача, који се користе код инсеката да блокирају ширење штетних особина као што су паразити који носе маларију.
Тим је развио другу генерацију Про-Ацтиве Генетицс (Про-АГ) система под називом пПро-МобВ. Ова ажурирана технологија је дизајнирана да се шири кроз бактеријске заједнице и онеспособи гене који их чине отпорним на антибиотике.
„Са пПро-МобВ-ом смо пренели размишљање о генетском погону од инсеката до бактерија као алата за популациони инжењеринг“, рекао је Биер, члан факултета на Одсеку за ћелијску и развојну биологију. „Са овом новом технологијом заснованом на ЦРИСПР-у можемо узети неколико ћелија и пустити их да неутралишу АР у великој циљној популацији.
Како генетска касета враћа осетљивост на антибиотике
Основа за овај рад почела је 2019. године, када се Биерова лабораторија удружила са тимом професора Виктора Низета (УЦ Сан Диего Сцхоол оф Медицине) како би дизајнирао оригинални Про-АГ систем. Та ранија верзија увела је генетску касету у бактерије, омогућавајући јој да се копира између бактеријских генома и искључи гене отпорности на антибиотике.
Ова касета посебно циља на гене отпорности који се налазе на плазмидима, који су мали кружни молекули ДНК који се реплицирају унутар бактеријских ћелија. Уметањем у ове плазмиде, касета омета гене отпорности и чини бактерије поново рањивим на антибиотике.
Ширење кроз биофилмове и парење бактерија
Новији пПро-МобВ систем проширује тај концепт користећи брачни трансфер, процес сличан бактеријском парењу, за премештање ЦРИСПР компоненти из једне ћелије у другу. Према налазима објављеним у часопису Натуре нпј Антимицробиалс анд Ресистанце, истраживачи су показали да систем може да путује кроз природни канал за парење формиран између бактерија, дистрибуирајући елементе који онемогућавају отпорност међу популацијама.
Важно је да је тим показао да ова метода ради унутар биофилма. Биофилмови су густе заједнице микроба које се лепе за површине и познато је да их је тешко елиминисати стандардним методама чишћења. Они су укључени у најозбиљније инфекције и помажу бактеријама да преживе лечење антибиотицима тако што формирају заштитну баријеру која ограничава колико лако лекови могу да продру. Због тога би нови приступ могао имати важну примену у болницама, напорима за чишћење животне средине и инжењерингу микробиома.
„Контекст биофилма за борбу против резистенције на антибиотике је посебно важан јер је ово један од најизазовнијих облика бактеријског раста за превазилажење у клиници или у затвореним срединама као што су рибњаци аквафарма и постројења за пречишћавање отпадних вода“, рекао је Биер. „Ако бисте могли да смањите ширење са животиња на људе, могли бисте имати значајан утицај на проблем отпорности на антибиотике, јер се процењује да отприлике половина тога долази из околине.
Упаривање ЦРИСПР-а са бактериофагима
Истраживачи су такође открили да се елементи њиховог активног генетског система могу преносити вирусима бактериофага, или фага, који природно инфицирају бактерије. Фаге су већ конструисане да се боре против резистенције на антибиотике тако што се провлаче кроз одбрану бактерија и испоручују разорни генетски материјал у ћелије. Тим предвиђа да пПро-МобВ ради заједно са овим пројектованим фагом како би ојачао утицај.
Као додатну заштиту, платформа може укључити процес познат као брисање засновано на хомологији, што омогућава научницима да уклоне уметнуту генетску касету ако је потребно.
„Ова технологија је један од ретких начина којих сам свестан да може активно да преокрене ширење гена отпорних на антибиотике, уместо да само успорава или се носи са њиховим ширењем“, рекао је Мејер, професор на Одељењу за екологију, понашање и еволуцију, који проучава еволуционе адаптације бактерија и вируса.
