Eksperter udvikler måde at udnytte CRISPR-teknologien til at håndtere antimikrobiel resistens

Antimikrobiel resistens (AMR) fortsætter med at stige globalt, hvor antallet af AMR i de fleste patogener stiger og truer en fremtid, hvor hver dag medicinske procedurer måske ikke længere er mulige, og infektioner, som man troede længe var blevet behandlet, kunne dræbe regelmæssigt igen. Som sådan er nye værktøjer til at bekæmpe AMR yderst nødvendige.

En ny forskningsgennemgang på dette års ESCMID Global Congress (tidligere ECCMID—Barcelona 27.-30. april) viser, hvordan den nyeste CRISPR-Cas-genredigeringsteknologi kan bruges til at hjælpe med at modificere og angribe AMR-bakterier. Præsentationen er af Dr. Rodrigo Ibarra-Chávez, Biologisk Institut, Københavns Universitet, Danmark.

CRISPR-Cas genredigeringsteknologi er en banebrydende metode inden for molekylærbiologi, der giver mulighed for præcise ændringer af levende organismers genomer. Denne revolutionerende teknik, som bragte dens opfindere, Jennifer Doudna og Emmanuelle Charpentier, Nobelprisen i kemi i 2020, gør det muligt for videnskabsmænd nøjagtigt at målrette og modificere specifikke segmenter af en organismes DNA (genetisk kode).

CRISPR-Cas fungerer som molekylær 'saks' med guide-RNA (gRNA) og kan skære DNA'et på udpegede steder. Denne handling letter enten sletning af uønskede gener eller introduktion af nyt genetisk materiale i en organismes celler, hvilket baner vejen for avancerede terapier.

Dr. Ibarra-Chávez siger, "I kamp mod ild med ild bruger vi CRISPR-Cas-systemer (et bakterielt immunsystem) som en innovativ strategi til at inducere bakteriel celledød eller interferere med antibiotikaresistensekspression - begge lover som ny sekvensspecifikke målrettede 'antimikrobielle stoffer'."

En linje i deres arbejde involverer at skabe guidede systemer mod antimikrobielle resistensgener, der kunne behandle infektioner og forhindre spredning af resistensgener.

Mobile genetiske elementer (MGE'er) er dele af bakteriegenomet, der kan flytte til andre værtsceller eller også overføres til en anden art. Disse elementer driver bakteriel evolution via horisontal genoverførsel. Dr. Ibarra-Chávez forklarer, hvordan genbrug af mobile genetiske elementer (MGE'er) og valg af leveringsmekanisme involveret i den antimikrobielle strategi er vigtig for at nå målbakterien.

En fag er en virus, der inficerer bakterier, og den betragtes også som MGE, da nogle kan forblive i dvale i værtscellen og overføres vertikalt. De MGE'er, som hans team bruger, er fagsatellitter, som er parasitter af fager.

Han siger:"Disse 'fagsatellitter' kaprer dele af fagernes virale partikler for at sikre deres overførsel til værtsceller. I modsætning til fager kan satellitter inficere bakterier uden at ødelægge dem, hvilket tilbyder en trinvis ændring i forhold til eksisterende metoder, der involverer fager og dermed udvikling af et arsenal af virale partikler, der er sikre at bruge til applikationer såsom påvisning og modifikation via genlevering.

"Fagpartikler er meget stabile og nemme at transportere og påføre i medicinske omgivelser. Det er vores opgave at udvikle sikre retningslinjer for deres anvendelse og forstå de resistensmekanismer, som bakterier kan udvikle."

Bakterier kan udvikle mekanismer for at undgå virkningen af ​​CRISPR-Cas-systemet, og leveringsvektorer kan være sårbare over for anti-MGE-forsvar. Dr. Ibarra-Chávez' team og andre udvikler således brugen af ​​anti-CRISPR'er og forsvarshæmmere i leveringsnyttelasterne for at modvirke disse forsvar, for at gøre det muligt for CRISPR at ankomme og angribe AMR-generne i cellen.

Dr. Ibarra-Chávez diskuterer også, hvordan kombinationsstrategier, der anvender CRISPR-Cas-systemer, kan fremme antibiotikafølsomhed i en målbakteriepopulation. Fager har et særligt selektivt pres på AMR-celler, som kan forbedre effekten af ​​nogle antibiotika. På samme måde er det ved at bruge CRISPR-Cas i kombination med fager og/eller antibiotika muligt at undertrykke de resistensmekanismer, som infektiøse bakterier kan udvikle, ved at målrette mod sådanne virulens-/resistensgener, hvilket gør disse behandlinger sikrere.

Han forklarer:"Bakterier er særligt gode til at tilpasse sig og blive til resistens. Jeg mener, at vi skal være forsigtige og prøve at bruge kombinatoriske strategier for at undgå udvikling af resistens, mens vi overvåger og skaber retningslinjer for nye teknologier."

Dr. Ibarra-Chávez har primært fokuseret på at tackle resistens hos Staphylococcus aureus og Escherichia coli. Nu, i samarbejde med prof. Martha Clokie og prof. Thomas Sicheritz-Pontén, vil hans team behandle gruppe A Streptococci nekrotiserende bløddelsinfektion (kødædende bakterier) ved hjælp af kombinationsmetoderne beskrevet ovenfor.

Leveret af European Society of Clinical Microbiology and Infectious Diseases