Используя систему геном-редакции, учёные научились отключать гены-мишени, избирательно убивая бактерии, несущие вредные гены, которые придают устойчивость к антибиотикам.
Во главе с Тимоти Лу, доцентом кафедры биоинженерии, электротехники и компьютерных наук, исследователи описали свои выводы в журнале Nature Biotechnology. В прошлом месяце лаборатория Лу сообщала о другом подходе к борьбе с резистентными бактериями путем выявления комбинации генов, которые работают вместе, чтобы сделать бактерии более чувствительны к антибиотикам.
Учёные надеются, что обе технологии приведут к разработке новых лекарств, чтобы бороться с растущим кризисом, исходящим от резистентных бактерий.
«Это довольно ответственный момент, когда становится все меньше и меньше новых доступных антибиотиков, но все больше и больше развивается устойчивость к ним. Мы заинтересованы в поиске новых способов по борьбе с устойчивостью к антибиотикам, и эти разработки предлагают две различных стратегии для этого», – говорит Лу.
Большинство антибиотиков работают, сталкиваясь с важными функциями, такими как деление клеток или белковый синтез. Тем не менее, некоторые бактерии, в том числе грозные MRSA (метициллин-устойчивый золотистый стафилококк) и CRE (карбапенем устойчивые энтеробактерии), эволюционировали, чтобы стать полностью резистентными к существующим антибактериальным препаратам.
В новом исследовании учёные ориентировались на конкретные гены, которые позволяют бактериям выжить при лечении антибиотиками. Система геном-редакции CRISPR представила идеальную стратегию, чтобы воздействовать на эти гены.
CRISPR (изучающий бактериальную иммунную систему) включает в себя набор белков, которые бактерии используют, чтобы защитить себя от бактериофагов (вирусов, которые заражают бактерии). Один из этих белков, ДНК-фермент Cas9, связывается с короткими РНК нитями, ориентированными на специфические последовательности, определяя локализацию места внедрения для Cas9.
Лу с соавторами (2014) решили обратить собственное оружие бактерий против них самих. Они использовали РНК направляющие нити на гены-мишени, отвечающие за устойчивость к антибиотикам, в том числе фермент NDM-1, позволяющий бактериям противостоять широкому спектру бета-лактамных антибиотиков, в том числе карбапенемов. Гены, кодирующие НДД-1, и другие факторы сопротивления антибиотиков, как правило, влияют на плазмид – круговые нити ДНК отдельно от бактериального генома – что облегчает их распространение через популяции.
Когда исследователи использовали систему CRISPR против NDM-1, они были способны специфически убивать более 99 процентов NDM-1-несущих бактерий. Они также успешно влияли на другой ген, кодирующий устойчивость SHV-18, мутацию в хромосоме бактерии, обеспечивающей устойчивость к хинолоновым антибиотикам, и фактор вирулентности в энтерогеморрагических E.coli.
Кроме того, исследователи показали, что система CRISPR может быть использована для селективного удаления определенных бактерий из различных бактериальных сообществ на основе их генетических данных, тем самым открыв потенциал для «редактирования микробиома».
Еще одним инструментом, разработанным для борьбы с устойчивостью к антибиотикам, является технология под названием CombiGEM. Эта система, описанная в Трудах Национальной академии наук, позволяет ученым быстро и систематически искать генетические комбинации, которые обеспечивают бактерии устойчивостью к различным антибиотикам.
«Эта платформа позволяет обнаружить комбинации, которые действительно интересны, но механизм развития этих изменений до конца не ясен», – пишут авторы.
После того, как ученым станет понятно, как эти гены влияют на устойчивость к антибиотикам, они смогли бы попытаться разработать новые лекарства, которые имитируют эти воздействия. Кроме того, возможно, что сами гены могут быть использованы в качестве мишеней, если исследователи смогут найти безопасный и эффективный способ воздействия на них.
CombiGEM также позволяет выявлять комбинации трех или четырех генов более эффективным способом, чем ранее существующими методами.
«Мы можем также применить CombiGEM, чтобы исследовать сложные многофакторные фенотипы, например, дифференциацию стволовых клеток и опухолевые мутации», – добавляет Лу.
ПОДРОБНЕЕ В НАУЧНОЙ СТАТЬЕ:
Citorik, Robert J; Mimee, Mark; Lu, Timothy K (2014) Sequence-specific antimicrobials using efficiently delivered RNA-guided nucleases // Nature Biotechnology
Врач кардиолог, терапевт, врач функциональной диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), редактор и автор статей
