I sin presentation "How to use CRISPR-Cas to combat AMR" vid ESCMID Global Congress, kommer biträdande professor Ibrahim Bitar, Institutionen för mikrobiologi, Medicinska fakulteten och universitetssjukhuset i Plzen, Charles University i Prag, Plzen, Tjeckien, att ge en översikt över CRISPR-teknologins molekylära biologi för att förklara hur den kan användas för att tackla antimikrobiell resistens.
Klustrade, regelbundet mellanrum korta palindromiska upprepningar (CRISPR) och CRISPR-associerade gener (cas) är utbredda i genomet hos många bakterier och är en försvarsmekanism mot främmande inkräktare som plasmider och virus. CRISPR-arrayerna är sammansatta av en upprepad uppsättning av korta sekvenser, som var och en kommer från och exakt matchar en nukleinsyrasekvens som en gång invaderade värden.
Tillsammans med CRISPR-sekvenser finns det 4-10 CRISPR-associerade gener (cas), som är mycket konserverade och kodar för Cas-proteinerna. Cas-proteiner leder adaptiv immunitet i prokaryoter (bakterier) baserat på immunologiska minnen lagrade i CRISPR-arrayen.
CRISPR/Cas-systemet integrerar en liten bit främmande DNA från inkräktare som plasmider och virus i deras direkta upprepade sekvenser och kommer att känna igen och bryta ner samma externa DNA-element under framtida invasioner.
Eftersom CRISPR/Cas-systemen integrerar DNA från invaderande patogener i kronisk ordning, kan genotypning användas för att spåra isolatens klonalitet och ursprung och definiera dem som en population av stammar som utsattes för samma miljöförhållanden inklusive geografisk plats (region). ) och samhällen/sjukhusmiljöer och så småningom utökas ytterligare för att spåra patogena bakterier runt det mänskliga samhället.
CRISPR/Cas-system kan också användas för att utveckla antimikrobiella medel:introduktion av självinriktade crRNA:er kommer effektivt och selektivt att döda målbakteriepopulationer. På grund av bristen på tillgängliga effektiva antimikrobiella medel vid behandling av multiresistenta (MDR) infektioner, började forskare söka efter alternativa metoder för att bekämpa MDR-infektioner snarare än att gå igenom processen att utveckla nya antimikrobiella medel som kan pågå i årtionden.
Som ett resultat av detta utvecklades och demonstrerades konceptet med CRISPR/Cas-baserade selektiva antimikrobiella medel först 2014. Vektorer som kodar för Cas9 och vägleder RNA som riktar in sig på genomiska loci av en specifik bakteriestam/art kan levereras till målstammen via bakteriofager eller konjugativ bakteriell stammar.
I teorin eliminerar leverans av de konstruerade CRISPR/Cas-systemen specifikt målstammar från bakteriepopulationen, men det är inte så enkelt.
Även om dessa system kan tyckas vara ett mål för manipulation/intervention, regleras alla bakterier av flera vägar för att säkerställa att bakterierna behåller kontrollen över processen. Därför kvarstår det flera stora utmaningar med att använda detta system som ett antimikrobiellt medel.
De flesta metoder kräver leverans av det återsensibiliserade systemet genom konjugering; vektorn bärs av en icke-virulent labbstam bakterie som är tänkt att gå och dela vektorn/plasmiden genom konjugering. Konjugationsprocessen är en naturlig process som bakterierna gör vilket resulterar i att de delar plasmider mellan varandra (även med andra arter).
Andelen konjugerade (framgångsrikt levererade) bakterier i den totala bakteriepopulationen är avgörande för den återsensibiliserade effektiviteten. Denna process styrs av flera komplicerade vägar.
Bakterier har också inbyggda anti-CRISPR-system, som kan reparera eventuella skador som orsakas av CRISPR-Cas-system.
Försvarssystem som bakterierna använder för att skydda sig från främmande DNA samlokaliseras ofta inom försvarsöar (genomiska segment som innehåller gener med liknande funktion för att skydda värden från inkräktare) i bakteriegenom; till exempel:acr (en gen som fungerar, med andra liknande varianter, som en repressor av plasmidkonjugativa system) kluster ofta med antagonister av andra värdförsvarsfunktioner (t.ex. anti-restriktionsmodifieringssystem) och experter antar att MGE (mobila genetiska element) ) organisera sina motförsvarsstrategier på "antiförsvarsöar".
Biträdande professor Bitar avslutar:"Sammanfattningsvis verkar denna metod mycket lovande som ett alternativt sätt att bekämpa antimikrobiell resistens. Metoden använder konceptet att återsensibilisera bakterierna för att använda sig av redan tillgängliga antibiotika - med andra ord, ta bort deras resistens och göra dem sårbara igen för förstahandsantibiotika.
"Icke desto mindre är bakterievägarna alltid komplicerade och sådana system är alltid starkt reglerade av flera vägar. Dessa reglerade vägar måste studeras på djupet för att undvika selektivt tryck som gynnar anti-CRISPR-systemaktivering, därav prevalensen av resistens på ett mer aggressivt sätt ."
Tillhandahålls av European Society of Clinical Microbiology and Infectious Diseases
