Antimikrobiell resistens (AMR) fortsätter att öka globalt, med andelen AMR i de flesta patogener som ökar och hotar en framtid där varje dag medicinska procedurer kanske inte längre är möjliga och infektioner som man tror att man länge hanterat kan döda regelbundet igen. Som sådan behövs nya verktyg för att bekämpa AMR.
En ny forskningsöversikt vid årets ESCMID Global Congress (tidigare ECCMID—Barcelona 27–30 april) visar hur den senaste CRISPR-Cas genredigeringsteknologi kan användas för att modifiera och attackera AMR-bakterier. Presentationen är av Dr. Rodrigo Ibarra-Chávez, Biologiska institutionen, Köpenhamns Universitet, Danmark.
CRISPR-Cas genredigeringsteknologi är en banbrytande metod inom molekylärbiologi som möjliggör exakta förändringar av levande organismers genom. Denna revolutionerande teknik, som gav sina uppfinnare, Jennifer Doudna och Emmanuelle Charpentier, Nobelpriset i kemi 2020, gör det möjligt för forskare att noggrant rikta in sig på och modifiera specifika segment av en organisms DNA (genetisk kod).
CRISPR-Cas fungerar som en molekylär "sax" med vägledning av guide-RNA (gRNA), och kan klippa DNA på angivna ställen. Denna åtgärd underlättar antingen radering av oönskade gener eller införande av nytt genetiskt material i en organisms celler, vilket banar väg för avancerade terapier.
Dr. Ibarra-Chávez säger, "Vi bekämpar eld med eld och använder CRISPR-Cas-system (ett bakteriellt immunsystem) som en innovativ strategi för att inducera bakteriell celldöd eller störa antibiotikaresistensuttryck – båda lovar som nya sekvensspecifika riktade 'antimikrobiella medel'."
En linje i deras arbete handlar om att skapa styrda system mot antimikrobiella resistensgener som kan behandla infektioner och förhindra spridning av resistensgener.
Mobila genetiska element (MGE) är delar av bakteriegenomet som kan förflytta sig till andra värdceller eller också överföras till en annan art. Dessa element driver bakteriell utveckling via horisontell genöverföring. Dr. Ibarra-Chávez förklarar hur det är viktigt att återanvända mobila genetiska element (MGE) och välja leveransmekanismen som är involverad i den antimikrobiella strategin för att nå målbakterien.
En fag är ett virus som infekterar bakterier, och det anses också vara MGE, eftersom vissa kan förbli vilande i värdcellen och överföras vertikalt. De MGE som hans team använder är fagsatelliter, som är parasiter av fager.
Han säger, "Dessa "fagsatelliter" kapar delar av virala partiklar av fager för att säkerställa att de överförs till värdceller. Till skillnad från fager kan satelliter infektera bakterier utan att förstöra dem, vilket erbjuder en stegvis förändring jämfört med befintliga metoder som involverar fager och därmed utveckla en arsenal av virala partiklar som är säkra att använda för tillämpningar som detektion och modifiering via genleverans.
"Fagpartiklar är mycket stabila och lätta att transportera och applicera i medicinska miljöer. Det är vår uppgift att ta fram säkra riktlinjer för deras användning och förstå de resistensmekanismer som bakterier kan utveckla."
Bakterier kan utveckla mekanismer för att undvika verkan av CRISPR-Cas-systemet och leveransvektorer kan vara sårbara för anti-MGE-försvar. Således utvecklar Dr. Ibarra-Chávez team och andra användningen av anti-CRISPR och försvarshämmare i leveransnyttolasten för att motverka dessa försvar, för att göra det möjligt för CRISPR att anlända och attackera AMR-gener i cellen.
Dr. Ibarra-Chávez diskuterar också hur kombinationsstrategier som använder CRISPR-Cas-system kan främja antibiotikakänslighet i en målbakteriepopulation. Fager har ett särskilt selektivt tryck på AMR-celler, vilket kan förbättra effekten av vissa antibiotika. På liknande sätt, med användning av CRISPR-Cas i kombination med fager och/eller antibiotika, är det möjligt att undertrycka resistensmekanismerna som smittsamma bakterier kan utveckla genom att rikta in sig på sådana virulens-/resistensgener, vilket gör dessa terapier säkrare.
Han förklarar, "Bakterier är särskilt bra på att anpassa sig och bli resistens. Jag tror att vi måste vara försiktiga och försöka använda kombinatoriska strategier för att undvika utveckling av resistens, samtidigt som vi övervakar och skapar riktlinjer för ny teknik."
Dr. Ibarra-Chávez har främst fokuserat på att bekämpa resistens hos Staphylococcus aureus och Escherichia coli. Nu, i samarbete med Prof. Martha Clokie och Prof. Thomas Sicheritz-Pontén, kommer hans team att behandla grupp A-streptokocker nekrotiserande mjukdelsinfektion (köttätande bakterier) med hjälp av de kombinationsmetoder som beskrivs ovan.
Tillhandahålls av European Society of Clinical Microbiology and Infectious Diseases
