_ Cercetătorii investighează sistematic eficacitatea agenților antimicrobieni CRISPR

Potențialul antimicrobian al sistemelor CRISPR-Cas este promițător, dar cum să se proiecteze sau să implementeze cel mai bine nucleazele CRISPR rămâne prost înțeles. O echipă internațională condusă de Institutul Helmholtz pentru Cercetarea infecțiilor pe bază de ARN (HIRI) din Würzburg a abordat acum această lacună în cunoștințe.

Cercetătorii au efectuat prima interogare sistematică a antimicrobienelor CRISPR folosind multirezistente și hipervirulente. bacterii ca studii de caz, dezvăluind variații mari de eficacitate care ar putea fi prezise prin screening-ul de mare capacitate și învățarea automată. Descoperirile lor sunt publicate în revista Nucleic Acids Research.

Descoperirea compușilor antimicrobieni, cum ar fi antibioticele convenționale, a transformat medicina, permițând tratarea infecțiilor care au fost considerate odată netratabile. Cu toate acestea, conducta de dezvoltare pentru noi agenți a încetinit, în timp ce utilizarea necorespunzătoare a antibioticelor existente a alimentat apariția rezistenței la antibiotice. În consecință, există o nevoie din ce în ce mai mare de noi mijloace de eradicare a agenților patogeni.

Sistemele CRISPR-Cas, mecanismele imunitare adaptive pe care bacteriile le folosesc pentru a se apăra împotriva invaziei virale, oferă o soluție distinctă prin capacitatea lor de a elimina selectiv microbii pe baza exclusivă asupra secvențelor genetice. Cu toate acestea, până în prezent, studiile sistematice pentru a evalua eficacitatea acestor antimicrobiene CRISPR - în special în diferite nucleaze, situsuri țintă și tulpini bacteriene - au lipsit.

Remedierea acestei lacune, o echipă internațională condusă de Institutul Helmholtz pentru Cercetarea Infecțiilor pe bază de ARN (HIRI), un site al Centrului Helmholtz pentru Cercetarea Infecțiilor (HZI) din Braunschweig, în cooperare cu Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU), a întreprins acum prima interogare cuprinzătoare a acestor agenți noi. . Cercetările lor se concentrează pe Klebsiella pneumoniae, o bacterie renumită pentru asocierea cu rezistența la antibiotice.

„Klebsiella pneumoniae oferă un studiu de caz deosebit de convingător, având în vedere că cuprinde numeroase tulpini cu caracteristici diferite de virulență și rezistență”, spune Chase Beisel , șef al departamentului de Biologie Sintetică ARN din cadrul HIRI și profesor la Facultatea de Medicină a JMU. El a condus studiul internațional în colaborare cu cercetători de la Institut Pasteur din Paris, Franța, Universitatea Tel Aviv din Israel, HZI și Universitatea din Toronto din Canada.

Echipa a combinat expertiza în tehnologiile CRISPR, Klebsiella. bacterii, livrare de bacteriofagi, ecrane cu randament ridicat și învățare automată necesare pentru a efectua un studiu de această scară.

Sistemele CRISPR-Cas utilizează un mecanism de apărare sofisticat: un acid ribonucleic (ARN) CRISPR ajută la detectarea regiunilor. a unui genom străin, cum ar fi ADN sau ARN, pentru clivaj țintit. Ulterior, nucleaza asociată CRISPR (Cas) își taie ținta asemănătoare cu o pereche de foarfece moleculare.

Oamenii de știință au descoperit că diferitele nucleaze CRISPR prezintă eficiențe foarte diferite. În experimentele lor, nucleazele care vizează ADN-ul au prezentat performanțe superioare în comparație cu cele care se concentrează pe ARN.

Mai mult, diferite tipuri de K. pneumoniae au prezentat variații în sensibilitatea lor la un antimicrobian CRISPR, în ciuda utilizării de nucleaze identice pentru a ținti site-uri identice. . Elena Vialetto, primul autor al studiului și fost dr. student la laboratorul Beisel, afirmă: „Activitatea antimicrobiană variabilă dintre bacteriile înrudite a fost surprinzătoare, având în vedere utilizarea acelorași constructe CRISPR. Am atribuit această diferență plierii ARN-urilor CRISPR care ghidează țintirea ADN-ului.”

Beisel adaugă: „Acest studiu este primul care demonstrează că eficacitatea antibacteriană poate varia chiar și între tulpinile înrudite”.

Pentru a explora caracteristicile care ar putea îmbunătăți direcționarea asupra diferitelor tulpini, cercetătorii au efectuat un screening la nivelul întregului genom în diferite tipuri de K. pneumoniae. Acest efort a generat principii și parametri de proiectare pentru posibilele antimicrobiene CRISPR și a facilitat antrenamentul unui algoritm pentru a prognoza eficiența acestora.

Echipa s-a aventurat, de asemenea, în următoarea etapă de dezvoltare a agenților activi, și anume livrarea. Cercetătorii au folosit bacteriofagi ca vehicule pentru antimicrobienele CRISPR, pe care le-au echipat cu fibre de coadă modificate pentru a crește raza de acțiune a încărcăturii CRISPR.

Acest studiu pune bazele dezvoltării ulterioare a CRISPR ca mijloc de prevenire sau să trateze infecțiile rezistente la antibiotice.

„Sperăm că această activitate va aduce o mai mare vizibilitate utilizării CRISPR ca antimicrobian cu spectru personalizat în lupta continuă împotriva rezistenței la antibiotice”, conchide Beisel.

(Fluierul)