Технология CRISPR позволяет обратить вспять резистентность бактерий к антибиотикам

Ученые обращаются к недавно разработанным технологиям, чтобы противостоять угрозе антибиотикорезистентных бактерий, которые, как известно, процветают в стационарах, очистных сооружениях, местах содержания животных и на рыбных фермах.

Ученые Калифорнийского университета в Сан-Диего применили новейшие инструменты генетики для борьбы с резистентностью к антибиотикам. Они разработали новый метод удаления устойчивых к антибиотикам элементов из популяций бактерий. Это новая технология на основе CRISPR, схожа с методами, которые применяются в популяциях насекомых для пресечения распространения паразитарных инфекций, таких как малярия. Новый инструмент Pro-Active Genetics (Pro-AG) под названием pPro-MobV - это технология второго поколения, которая использует аналогичный подход для отключения лекарственной резистентности в популяциях бактерий. «pPro-MobV мы применили в качестве инструмента инженерии популяций бактерий», - сообщил руководитель исследования Итан Бир. «С помощью этой новой технологии на основе CRISPR мы можем взять несколько клеток и модернизировать их, чтобы нейтрализовать антибиотикорезистентность (АР) в большой целевой популяции».

В 2019 году лаборатория Бира разработала первоначальную концепцию Pro-AG, в которой генетическая кассета вводится и копируется между геномами бактерий для инактивации их антибиотикоустойчивых компонентов. Кассета встраивается в ген AР, переносимый на плазмидах - круговых типах ДНК, реплицирующихся внутри клеток, и таким образом восстанавливает чувствительность бактерий к антибиотикам. Развивая эту идею, Бир и его коллеги разработали новую систему, которая распространяет компоненты антибиотической кассеты CRISPR посредством конъюгального переноса, что похоже на спаривание у бактерий.

Как сообщается в журнале Nature npj Antimicrobials and Resistance, исследователи показали, что эта система нового поколения pPro-MobV может использовать созданный бактериями "туннель связи" между клетками для распространения ключевых разрушающих элементов. Они продемонстрировали, как этот процесс работает в бактериальных биопленках, которые представляют собой сообщества микроорганизмов, загрязняющих различные поверхности, и которые крайне сложно удалить обычными методами очистки. Биопленки также способствуют распространению заболеваний и образуются при большинстве инфекций, приводящих к серьезным заболеваниям, отчасти потому, что биопленки помогают противостоять антибиотикам, создавая защитный слой клеток, через который антибиотикам трудно проникать. Таким образом, новая технология может быть использована в здравоохранении, при очистке окружающей среды и для создания микробиома.

"Контекст биопленок в борьбе с АР особенно важен, поскольку это одна из самых сложных форм роста бактерий, которую сложно преодолеть в клинике или в закрытых средах, таких как пруды акваферм и очистные сооружения. Если бы мы могли уменьшить распространение бактерий от животных к людям, то смогли бы оказать значительное влияние на проблему резистентности к антибиотикам, поскольку, по оценкам, примерно половина из них поступает из окружающей среды", - отмечает Бир.

Исследователи также обнаружили, что компоненты активной генетической системы могут переноситься бактериофагами, которые являются естественными эволюционными конкурентами бактерий. Фаги специально разрабатываются для борьбы с устойчивостью к антибиотикам, обходя защиту бактерий и внедряя разрушающие факторы внутрь клеток. Исследователи предполагают, что элементы PPro-MobV будут работать в сочетании с такими сконструированными фаговыми вирусами. Эта активная генетическая платформа также может включать в себя высокоэффективный процесс, известный как делеция на основе гомологии, в качестве меры безопасности для удаления генной кассеты, если это необходимо. "Эта технология - один из немногих известных мне способов, который может активно обратить вспять распространение генов, устойчивых к антибиотикам, а не просто замедлить или справиться с их распространением", - сказал Бир.