CRISPR promete combater a resistência antimicrobiana, mas as bactérias podem reagir

Crédito:Pixabay/CC0 Domínio Público

Em sua apresentação "Como usar o CRISPR-Cas para combater a RAM" no Congresso Global da ESCMID, o Prof. Assistente Ibrahim Bitar, Departamento de Microbiologia, Faculdade de Medicina e Hospital Universitário de Plzen, Universidade Charles em Praga, Plzen, República Tcheca, irá fornecem uma visão geral da biologia molecular da tecnologia CRISPR, explicando como ela pode ser usada para combater a resistência antimicrobiana.

Repetições palindrômicas curtas agrupadas regularmente interespaçadas (CRISPRs) e genes associados a CRISPR (cas) estão difundidos no genoma de muitas bactérias e são um mecanismo de defesa contra invasores estranhos, como plasmídeos e vírus. As matrizes CRISPR são compostas por uma matriz repetida de sequências curtas, cada uma originada e correspondendo exatamente a uma sequência de ácido nucleico que uma vez invadiu o hospedeiro.

Acompanhando as sequências CRISPR, existem 4-10 genes associados a CRISPR (cas), que são altamente conservados e codificam as proteínas Cas. As proteínas Cas conduzem imunidade adaptativa em procariontes (bactérias) com base em memórias imunológicas armazenadas na matriz CRISPR.

O sistema CRISPR/Cas integra um pequeno pedaço de DNA estranho de invasores como plasmídeos e vírus em suas sequências de repetição direta e reconhecerá e degradará os mesmos elementos externos de DNA durante futuras invasões.

Como os sistemas CRISPR/Cas integram DNA de patógenos invasores em ordem crônica, a genotipagem pode ser usada para rastrear a clonalidade e a origem dos isolados e defini-los como uma população de cepas que foram submetidas às mesmas condições ambientais, incluindo localização geográfica (região ) e ambientes comunitários/hospitalares e eventualmente estendidos para rastrear bactérias patogênicas em toda a sociedade humana.

Os sistemas CRISPR/Cas também podem ser empregados para o desenvolvimento de agentes antimicrobianos:a introdução de crRNAs autodirecionados matará de forma eficaz e seletiva as populações bacterianas alvo. Devido à escassez de agentes antimicrobianos eficazes disponíveis no tratamento de infecções multirresistentes (MDR), os investigadores começaram a procurar métodos alternativos para combater as infecções MDR, em vez de passarem pelo processo de desenvolvimento de novos agentes antimicrobianos que pode durar décadas.

Como resultado, o conceito de antimicrobianos seletivos baseados em CRISPR/Cas foi desenvolvido e demonstrado pela primeira vez em 2014. Vetores que codificam Cas9 e guiam RNAs direcionados a loci genômicos de uma cepa/espécie bacteriana específica podem ser entregues à cepa alvo por meio de bacteriófagos ou bactérias conjugadas. Deformação.

Em teoria, a entrega dos sistemas CRISPR/Cas projetados elimina especificamente as cepas alvo da população bacteriana, mas não é tão simples.

Embora estes sistemas possam parecer um alvo para manipulação/intervenção, todas as bactérias são reguladas por múltiplas vias para garantir que as bactérias mantêm o controlo sobre o processo. Portanto, permanecem vários desafios importantes na utilização deste sistema como agente antimicrobiano.

A maioria dos métodos requer a entrega do sistema re-sensibilizado por conjugação; o vetor é transportado por uma bactéria não virulenta de laboratório que supostamente compartilha o vetor/plasmídeo por meio de conjugação. O processo de conjugação é um processo natural realizado pelas bactérias que resulta no compartilhamento de plasmídeos entre si (mesmo com outras espécies).

A percentagem de bactérias conjugadas (entregues com sucesso) na população bacteriana total é crítica para a eficiência re-sensibilizada. Este processo é governado por vários caminhos complicados.

As bactérias também possuem sistemas anti-CRISPR integrados, que podem reparar qualquer dano causado pelos sistemas CRISPR-Cas.

Os sistemas de defesa que a bactéria utiliza para se proteger de ADN estranho muitas vezes co-localizam-se dentro de ilhas de defesa (segmentos genómicos que contêm genes com função semelhante na protecção do hospedeiro contra invasores) em genomas bacterianos; por exemplo:acr (um gene que atua, com outras variantes semelhantes, como um repressor de sistemas conjugativos de plasmídeos) frequentemente se agrupa com antagonistas de outras funções de defesa do hospedeiro (por exemplo, sistemas de modificação anti-restrição) e os especialistas levantam a hipótese de que MGEs (elementos genéticos móveis ) organizam as suas estratégias de contra-defesa em ilhas “anti-defesa”.

O professor assistente Bitar conclui:"Em resumo, este método parece muito promissor como forma alternativa de combater a resistência antimicrobiana. O método utiliza o conceito de ressensibilizar as bactérias para aproveitar os antibióticos já disponíveis - em outras palavras, removendo seus resistência e tornando-os novamente vulneráveis aos antibióticos de primeira linha.

"No entanto, as vias bacterianas são sempre complicadas e tais sistemas são sempre fortemente regulados por múltiplas vias. Estas vias reguladas devem ser estudadas em profundidade, a fim de evitar a pressão seletiva que favorece a ativação dos sistemas anti-CRISPR, daí a prevalência da resistência de forma mais agressiva. ."

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