CRISPR против устойчивости к антибиотикам
Воспользовавшись мощным инструментом для редактирования генов CRISPR, ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего работают над решением одной из грозных проблем для здоровья человечества – антибиотикорезистентностью. Исследовательская группа во главе с Андресом Вальдеррама и Сурашри Кулкарни разработала новую систему, которая значительно повышает эффекты инактивации гена, делающего бактерии устойчивыми к антибиотикам. Новая система, основанная на технологии «активной генетики», разработанной биологами Калифорнийского университета для насекомых и млекопитающих, направлена на генетическое наследование предпочтительных признаков.
Широко назначение антибиотиков и их использование в производстве кормов для животных привели к росту устойчивости к противомикробным препаратам в окружающей среде. Эти источники устойчивости к антибиотикам передаются опасным для людей патогенам и способствуют кризису в здравоохранении, связанному с резким ростом числа устойчивых к лекарствам штаммов бактерий. Эксперты в области здравоохранения прогнозируют, что антибиотикорезистентность может резко возрасти в ближайшие десятилетия и привести к 10 миллионам случаев смерти в год от инфекционных заболеваний к 2050 году.
Гены, придающие устойчивость к антибиотикам у бактерий (синяя стрелка), часто находятся на кольцевых хромосомных элементах – плазмидах. Сайт-специфическое отсечение этих плазмид с использованием системы CRISPR, которое приводит к разрушению плазмиды, привело к снижению заболеваемости резистентными инфекциями приблизительно в 100 раз. Система Pro-Active Genetics (Pro-AG) использует высокоэффективный механизм вырезания и вставки, который вставляет генную кассету (красный прямоугольник) прямо в ген, приводящий к резистентности, нарушая тем самым его функцию. Донорская кассета Pro-AG окружена последовательностями, соответствующими ее цели (синие прямоугольники), чтобы инициировать процесс. После вставки в ген-мишень элемент Pro-AG копирует себя посредством самоамплификации, приводя в итоге к уменьшению количества антибиотикорезистентных бактерий в 100 тысяч раз.
В основе «проактивной» генетической системы (Pro-AG) лежит модифицированная стандартная технология редактирования генов CRISPR-Cas9. Исследователи разработали метод Pro-AG, работая с кишечной палочкой (Escherichia coli), для нарушения функции бактериального гена, обеспечивающего устойчивость к антибиотикам. В частности, система Pro-AG борется с генами устойчивости к антибиотикам, расположенными в плазмидах – кольцевых ДНК, которые могут реплицироваться независимо от бактериального генома. Множественные копии – «амплифицированные» плазмиды, несущие антибиотикорезистентные гены, могут существовать в каждой клетке и обладать способностью передавать устойчивость к антибиотикам другим бактериям, что делает невозможным успешное лечение. Pro-AG работает по механизму «вырезать и вставить» и нарушает активность гена устойчивости с эффективностью, по меньшей мере, на два порядка большей, чем современные методы редактирования.
Исследователи продемонстрировали эффективность новой методики в экспериментальных культурах, содержащих большое количество плазмид с генами устойчивости к антибиотику ампициллину. Результатом редактирования Pro-AG является вставка специализированных генетических данных в целевые сайты с высокой точностью.
Хотя Pro-AG еще не готова для применения у пациентов, в перспективе её можно будет использовать для лечения таких состояний, как муковисцидоз, хронические инфекции мочевыводящих путей, туберкулез и инфекции, связанные с резистентными биопленками, которые создают сложные проблемы в условиях стационара. Ученые утверждают, что технология также может быть очень эффективной для удаления антибиотико-устойчивых штаммов из окружающей среды – в канализациях, рыбных прудах и кормовых площадках. Поскольку Pro-AG «редактирует» свои цели, а не разрушает их, эта система также позволяет создавать или управлять бактериями для широкого спектра будущих биотехнологических и биомедицинских целей, делая их безвредными, или даже программировать их для выполнения полезных функций.
Статья J.A.Valderrama et al. A bacterial gene-drive system efficiently edits and inactivates a high copy number antibiotic resistance locus опубликована в журнале Nature Communications.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам UC San Diego News Center: New CRISPR-based Gene-Drive System in Bacteria Defeats Antibiotic Resistance.