Новый союзник в борьбе с устойчивостью к антибиотикам?

Новый союзник в борьбе с устойчивостью к антибиотикам?
Тайна CRISPR раскрыта: новый союзник в борьбе с устойчивостью к антибиотикам?

Результаты анализа повторной сенсибилизации устойчивости к антибиотикам, опосредованного CRISPR-Cas типа IV-A3, проведенного исследователями. Фото: Фабьен Бенц.

Системы CRISPR-Cas произвели революцию в биотехнологии, предложив способы редактирования генов, словно программируемые ножницы. В природе бактерии используют эти системы для борьбы со смертельными вирусами. Недавнее международное сотрудничество под руководством Копенгагенского университета пролило свет на самые загадочные системы CRISPR-Cas; Система IV типа. Хотя эти атипичные системы не разрезают гены, их уникальные функции многообещающи в нашей борьбе с устойчивостью к антибиотикам.

Системы CRISPR-Cas представляют собой бактериальные адаптивные иммунные системы, которые нацеливаются и разрезают нуклеиновые кислоты (ДНК/РНК) вторгающихся генетических паразитов, таких как бактериофаги (фаги); вирусы, которые заражают и в конечном итоге убивают бактериальные клетки. Они состоят из двух основных компонентов; массив CRISPR, хранящий иммунную память о прошлых вирусных инфекциях, и гены cas (кодирующие белки Cas), ответственные за координацию различных стадий иммунного ответа.

В настоящее время известно шесть типов систем CRISPR-Cas, классифицированных по их белковому составу. Все типы, кроме типа IV, включают нуклеазы для расщепления ДНК/РНК.

Системы CRISPR-Cas завоевали популярность как инструменты редактирования генов, позволяющие точно программировать разрезы в определенных местах генома, что в конечном итоге привело к присуждению Нобелевской премии по химии 2020 года за разработку этой технологии.

Разгадка тайны недостающих компонентов

«Системы типа IV являются странными родственниками систем CRISPR-Cas, поскольку в них отсутствует модуль сбора иммунной памяти и компонент разрезания ДНК, которые сделали системы CRISPR-Cas такими известными. Эти характеристики и их строгая связь с мобильными кольцевыми молекулами ДНК называемые плазмидами, побудили нас взяться за решение их интригующей роли и лежащих в основе молекулярных функций», — объясняет Фабьен Бенц, постдок из Копенгагенского университета и соавтор исследования на эту тему, опубликованного в Клетка-хозяин и микроб.

Поскольку отличительной чертой CRISPR-Cas является их способность разрезать ДНК в определенных участках, системы типа IV работают совершенно по-другому. У них отсутствуют типичные «ножницы» нуклеазы, но вместо них имеется геликаза DinG — загадочный белок, который раскручивает ДНК.

«Поворотный момент в этом исследовании наступил, когда мы поняли, что системы типа IV не разрезают ДНК. Вместо этого мы обнаружили, что они подавляют экспрессию генов в целевых местах. Это уникальная функция, которая может иметь важные биотехнологические применения», — говорит Рафаэль Пинилья. -Редондо, доцент кафедры биологии и главный координатор расследования.

Исследователи достигли еще одного прорыва, когда выяснили, как эти системы могут функционировать без необходимых компонентов для создания иммунной памяти.

«Системы типа IV могут обойти отсутствие модуля сбора памяти, перехватив совместимые модули из других систем CRISPR-Cas, присутствующих в бактерии-хозяине. Это интересно, потому что эти другие системы имеют лишь отдаленное родство», — объясняет Сара Камара-Вилперт, соавтор. первый автор данного исследования.

Перспективный инструмент CRISPR для борьбы с супербактериями

Но к чему весь этот ажиотаж? Что ж, оказывается, что системы типа IV имеют заметную тенденцию естественным образом нацеливаться на плазмиды, а не на бактериальные вирусы. Важно отметить, что целевые плазмиды часто содержат несколько генов устойчивости к антибиотикам, подобные тем, которые обнаружены у больничных супербактерий. По оценкам, устойчивость к противомикробным препаратам является прямой причиной более 1 миллиона смертей ежегодно из-за неэффективности лечения.

Вдохновленные своей естественной функцией нацеливания на плазмиды, исследовательские группы эффективно перепрограммировали систему типа IV, чтобы выборочно заглушить гены устойчивости, переносимые бактерией высокого риска от госпитализированных пациентов.

«Наши результаты показывают, что системы типа IV обладают потенциалом в качестве нового средства борьбы с устойчивостью к антибиотикам, поскольку мы смогли повторно сенсибилизировать важный патоген к лечению антибиотиками», — говорит профессор Сорен Соренсен, один из последних авторов исследования.

Это исследование представляло собой крупную междисциплинарную работу с участием семи международных исследовательских групп из разных стран. Хотя проект начинался как сотрудничество всего двух групп, он постепенно набирал обороты, привлекая партнеров с разнообразным опытом.

«Мы испытали чудесный эффект снежного кома, когда каждый новый партнер усиливал влияние работы, делясь своими уникальными навыками и предоставляя важные идеи для решения загадок, окружающих системы типа IV. должно быть», — отмечает Пинилья-Редондо.

Больше информации:
Фабьен Бенц и др. Системы CRISPR-Cas типа IV-A3 вызывают межплазмидные конфликты путем приобретения спейсеров в транс-, Клетка-хозяин и микроб (2024). DOI: 10.1016/j.chom.2024.04.016

Предоставлено Копенгагенским университетом

Цитирование: Тайна CRISPR раскрыта: новый союзник в борьбе с устойчивостью к антибиотикам? (2024, 16 мая) получено 16 мая 2024 г. с https://phys.org/news/2024-05-mystery-crispr-ally-antibiotic-resistance.html.

Этот документ защищен авторским правом. За исключением любых добросовестных сделок в целях частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Содержимое предоставлено исключительно в информационных целях.

Поделиться в соцсетях