CRISPR обещает бороться с устойчивостью к антибиотикам, но бактерии могут дать отпор

В презентации на конгрессе ESCMID Global ассистент-профессор Ибрагим Битар даст обзор молекулярной биологии технологии CRISPR и объяснит, как её можно использовать для борьбы с антимикробной резистентностью (AMR).

Кластеризованные регулярно расположенные короткие палиндромные повторы (CRISPR) и ассоциированные с ними гены (cas) широко распространены в геноме многих бактерий и являются механизмом защиты от чужеродных захватчиков, таких как плазмиды и вирусы.

• Массивы CRISPR состоят из повторяющихся коротких последовательностей, каждая из которых происходит и точно соответствует нуклеиновой кислоте, когда-то вторгшейся в хозяина.
• Сопутствующие гены cas кодируют белки Cas, которые обеспечивают адаптивный иммунитет у прокариот на основе «иммунологической памяти», хранящейся в массиве CRISPR.
• Система CRISPR/Cas интегрирует фрагмент чужеродной ДНК в свои повторы и будет распознавать и уничтожать те же элементы при будущих вторжениях.

Поскольку системы CRISPR/Cas интегрируют ДНК от патогенов в хронологическом порядке, генотипирование можно использовать для отслеживания клональности и происхождения изолятов, а также для отслеживания патогенных бактерий в обществе.

CRISPR/Cas также можно использовать для разработки антимикробных агентов: введение самонаводящихся crРНК может эффективно и избирательно уничтожать целевые бактериальные популяции. Из-за нехватки эффективных антимикробных агентов для лечения инфекций, вызванных мультирезистентными (MDR) бактериями, исследователи начали искать альтернативные методы.

В результате концепция селективных антимикробных средств на основе CRISPR/Cas была впервые разработана и продемонстрирована в 2014 году. Векторы, кодирующие Cas9 и направляющие РНК, можно доставить к целевой бактерии с помощью бактериофагов или конъюгативных бактериальных штаммов.

В теории доставка сконструированной системы CRISPR/Cas специфически устраняет целевые штаммы из популяции, однако на практике всё не так просто.

Хотя эти системы кажутся мишенью для манипуляций, все бактерии регулируются множеством путей, чтобы сохранить контроль над процессом. Поэтому остаётся несколько серьёзных проблем в использовании этой системы в качестве антимикробного агента.

• Большинство методов требуют доставки системы конъюгацией; процент успешно «конъюгированных» бактерий в общей популяции критически важен для эффективности, а сам процесс управляется сложными путями.
• Бактерии также обладают встроенными анти-CRISPR системами, способными восстанавливать ущерб, нанесённый CRISPR-Cas.
• Защитные системы бактерий часто ко-локализуются в «островах защиты» в геноме. Эксперты предполагают, что мобильные генетические элементы (MGEs) организуют свои контрзащитные стратегии в «островах анти-защиты».

Вывод: Этот метод кажется очень перспективной альтернативой в борьбе с устойчивостью к антибиотикам, поскольку позволяет повторно сенсибилизировать бактерии, делая их уязвимыми к уже существующим антибиотикам. Тем не менее, бактериальные пути всегда сложны и сильно регулируются. Эти регулирующие пути необходимо глубоко изучить, чтобы избежать селективного давления, благоприятствующего активации анти-CRISPR систем и, как следствие, распространения резистентности в более агрессивной форме.