Екип от учени от Университета на Уисконсин-Мадисън и от Калифорнийския

Екип от учени от Университета на Уисконсин-Мадисън и от Калифорнийския университет в Сан Франциско са пренастроили инструмента за редактиране на гени CRISPR, с цел да проучат кои гени са цел на избрани антибиотици, по какъв начин може да се подобрят съществуващите антибиотици или да се разработят нови.

Резистентността към доста от актуалните антибиотици от патогени, причиняващи заболявания, е възходящ проблем, като се прави оценка, че това заплашва милиони човешки животи и коства над 2 милиарда $ всяка година единствено в Съединени американски щати.

„ Това, което би трябвало да създадем, е да открием нови недостатъци в тези бактерии “, споделя Джейсън Питърс, професор по фармацевтични науки в UW-Madison, който създава новата система.

Техниката, известна като Mobile-CRISPRi, разрешава на учените да изследват антибиотичната функционалност в необятен набор от патогенни бактерии.

Изследователите са трансферирали Mobile-CRISPRi от общи лабораторни варианти в разнообразни бактерии, в това число даже малко проучен бацил, който се развивал в сирене. Тази лекост на прекачване прави техниката плодородна за учените, учещи всевъзможен брой бактерии, които предизвикват болести или назад, подкрепят здравето.

Питърс работи с Карол Грос, Орен Розенберг и други сътрудници от UCSF, както и с други институции, с цел да проектират и тестват Mobile-CRISPRi. Системата понижава производството на протеин от целевите гени, което разрешава на откривателите да дефинират по какъв начин антибиотиците инхибират растежа на патогените. Това познание може да помогне за директни проучвания за превъзмогване на устойчивостта към съществуващите медикаменти.

Изследователите разгласиха резултатите си на 7 януари т.г. в списание Nature Microbiology. Те се възползват от все по-популярния молекулен инструмент CRISPR, само че по неповторим метод.

„ Повечето хора, когато мислят за CRISPR, мислят за редактирането на гените “, споделя Питърс, „ само че аз не върша това “.

Обикновено системата CRISPR се прицелва в ген, в който разрязва ДНК на две. Генът може да бъде редактиран, до момента в който клетката ремонтира увреждането.

Но Питърс и неговите сътрудници работят с деформирана форма на CRISPR, известна като CRISPRi. CRISPRi е планиран да не може да отреже ДНК. Вместо това, той просто седи в ДНК, блокирайки други протеини да получат достъп и да се извърнат към избран ген. Резултатът е по-ниска експресия на гена и понижено количество на протеина, който той кодира.

Изследователите демонстрират, че в случай че понижат количеството протеин, ориентирано от антибиотик, бактериите стават доста по-чувствителни към по-ниски равнища на лекарството. Хиляди гени в даден миг могат да бъдат скринирани като евентуални антибиотични цели, като по този метод оказват помощ на учените да схванат по какъв начин работят антибиотиците и по какъв начин да подобрят тяхното въздействие.

За да създадат CRISPRi мобилен, откривателите създават способи за прекачване на системата от елементарни лабораторни модели като Е. coli към болестотворни типове, които постоянно са по-трудни за проучване. Екипът на Питърс се обръща към един от естествените способи, по който бактериите се свързват и обменят ДНК, тип бактериален „ секс “, наименуван конюгация. Бившият професор по генетика на UW-Madison Джошуа Ледерберг открива конюгацията, която му носи Нобелова премия през 1958 година.

Използвайки конюгация, екипът на Питърс трансферира Mobile-CRISPRi към патогените Pseudomonas, Salmonella, Staphylococcus и Listeria, наред с други.

„ Това значи, че в този момент може да се направи изследване за това, по какъв начин антибиотиците работят непосредствено в тези патогени “, споделя Питърс.

„ Това може да ни даде по-добра визия за това, по какъв начин тези медикаменти работят в другите организми и за това, което можем да създадем, с цел да работят по-добре. “

Истинският тест за подвижността на мобилния CRISPRi идва от сирене. Когато сиренето остарява, то провежда и се грижи за личния си пейзаж от микроби. Учените просто стартират да изследват голямото многообразие от бактерии и гъбички на сирена, които способстват за техните комплицирани усети. Една от тези бактерии, Vibrio casei, е открита върху кората на френско сирене през 2010 година от сътрудника на Питърс, Рейчъл Дутън от Калифорнийския университет в Сан Диего.

Манипулиращите гени са елементарни в откритите лабораторни бактерии като Е. coli, само че постоянно няма метод да се изследват гени в бактерии, неотдавна изолирани от околната среда, като V. casei. Но Mobile-CRISPRi елементарно се трансферира в варианта, откривайки нови благоприятни условия за схващане на това по какъв начин бактериите колонизират и оказват помощ за стареене на сиренето.

Като доказателство на концепцията, опитът с V. casei допуска, че Mobile-CRISPRi би трябвало да бъде потребен за всевъзможен брой преди този момент подценявани бактерии, както такива, които ни нараняват, по този начин и такива, на които разчитаме и които са потребни за организма.

Сега Питърс предлага техниката Mobile CRISPRi и на други откриватели с цел да учат микроби по желание.