Wetenschap
Deskundigen ontwikkelen een manier om CRISPR-technologie te gebruiken om antimicrobiële resistentie aan te pakken
Antimicrobiële resistentie (AMR) blijft wereldwijd toenemen, waarbij de AMR-cijfers bij de meeste ziekteverwekkers toenemen en een toekomst bedreigen waarin dagelijkse medische procedures misschien niet langer mogelijk zijn en infecties waarvan lang wordt gedacht dat ze regelmatig opnieuw dodelijk kunnen zijn. Daarom zijn er dringend nieuwe instrumenten nodig om AMR te bestrijden.
Een nieuwe onderzoeksevaluatie op het ESCMID Global Congress van dit jaar (voorheen ECCMID – Barcelona, 27-30 april) laat zien hoe de nieuwste CRISPR-Cas-genbewerkingstechnologie kan worden gebruikt om AMR-bacteriën te helpen modificeren en aanvallen. De presentatie is door Dr. Rodrigo Ibarra-Chávez, Afdeling Biologie, Universiteit van Kopenhagen, Denemarken.
CRISPR-Cas-technologie voor het bewerken van genen is een baanbrekende methode in de moleculaire biologie die nauwkeurige wijzigingen in het genoom van levende organismen mogelijk maakt. Deze revolutionaire techniek, die de uitvinders, Jennifer Doudna en Emmanuelle Charpentier, de Nobelprijs voor de Scheikunde in 2020 opleverde, stelt wetenschappers in staat nauwkeurig specifieke segmenten van het DNA van een organisme (genetische code) te targeten en te wijzigen.
CRISPR-Cas functioneert als een moleculaire 'schaar', onder begeleiding van gids-RNA (gRNA), en kan het DNA op aangewezen plekken knippen. Deze actie vergemakkelijkt de verwijdering van ongewenste genen of de introductie van nieuw genetisch materiaal in de cellen van een organisme, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor geavanceerde therapieën.
Dr. Ibarra-Chávez zegt:“Om vuur met vuur te bestrijden, gebruiken we CRISPR-Cas-systemen (een bacterieel immuniteitssysteem) als een innovatieve strategie om bacteriële celdood te veroorzaken of de expressie van antibioticaresistentie te verstoren – beide zijn veelbelovend omdat ze nieuwe sequentiespecifieke eigenschappen hebben. gerichte 'antimicrobiële middelen.'"
Eén lijn van hun werk omvat het creëren van geleide systemen tegen antimicrobiële resistentiegenen die infecties kunnen behandelen en de verspreiding van resistentiegenen kunnen voorkomen.
Mobiele genetische elementen (MGE's) zijn delen van het bacteriële genoom die zich naar andere gastheercellen kunnen verplaatsen of ook naar een andere soort kunnen worden overgedragen. Deze elementen sturen de bacteriële evolutie aan via horizontale genoverdracht. Dr. Ibarra-Chávez legt uit hoe het hergebruiken van mobiele genetische elementen (MGE's) en het kiezen van het toedieningsmechanisme dat betrokken is bij de antimicrobiële strategie belangrijk is om de doelbacterie te bereiken.
Een faag is een virus dat bacteriën infecteert, en het wordt ook als MGE beschouwd, omdat sommige in de gastheercel inactief kunnen blijven en verticaal kunnen worden overgedragen. De MGE's die zijn team gebruikt zijn faagsatellieten, parasieten van fagen.
Hij zegt:“Deze ‘faag-satellieten’ kapen delen van de virale deeltjes van fagen om hun overdracht naar gastheercellen te verzekeren. In tegenstelling tot fagen kunnen satellieten bacteriën infecteren zonder ze te vernietigen, wat een stapsgewijze verandering biedt ten opzichte van bestaande methoden waarbij fagen betrokken zijn en dus het ontwikkelen van een arsenaal aan virusdeeltjes die veilig kunnen worden gebruikt voor toepassingen zoals detectie en modificatie via genafgifte.
"Faagdeeltjes zijn zeer stabiel en gemakkelijk te transporteren en toe te passen in medische omgevingen. Het is onze taak om veilige richtlijnen voor hun toepassing te ontwikkelen en de resistentiemechanismen te begrijpen die bacteriën kunnen ontwikkelen."
Bacteriën kunnen mechanismen ontwikkelen om de werking van het CRISPR-Cas-systeem te omzeilen en toedieningsvectoren kunnen kwetsbaar zijn voor anti-MGE-verdediging. Zo ontwikkelen het team van Dr. Ibarra-Chávez en anderen het gebruik van anti-CRISPR's en verdedigingsremmers in de leveringsladingen om deze verdedigingen tegen te gaan, zodat de CRISPR kan arriveren en de AMR-genen in de cel kan aanvallen.
Dr. Ibarra-Chávez bespreekt ook hoe combinatiestrategieën waarbij gebruik wordt gemaakt van CRISPR-Cas-systemen de gevoeligheid voor antibiotica in een doelbacteriepopulatie kunnen bevorderen. Fagen oefenen een bijzondere selectieve druk uit op AMR-cellen, wat de werking van sommige antibiotica kan verbeteren. Op dezelfde manier is het door gebruik te maken van CRISPR-Cas in combinatie met fagen en/of antibiotica mogelijk om de resistentiemechanismen die infectieuze bacteriën kunnen ontwikkelen te onderdrukken door zich te richten op dergelijke virulentie-/resistentiegenen, waardoor deze therapieën veiliger worden.
Hij legt uit:"Bacteriën zijn bijzonder goed in het aanpassen en ontwikkelen van resistentie. Ik geloof dat we voorzichtig moeten zijn en combinatorische strategieën moeten proberen te gebruiken om de ontwikkeling van resistentie te voorkomen, terwijl we nieuwe technologieën monitoren en richtlijnen opstellen."
Dr. Ibarra-Chávez heeft zich vooral gericht op het aanpakken van de resistentie bij Staphylococcus aureus en Escherichia coli. Nu zal zijn team, in samenwerking met prof. Martha Clokie en prof. Thomas Sicheritz-Pontén, groep A Streptokokken-necrotiserende infectie van zacht weefsel (vleesetende bacteriën) behandelen met behulp van de hierboven beschreven combinatiebenaderingen.