Как редактор генома CRISPR поможет в борьбе с бактериями

Знаменитый редактор генома CRISPR-Cas9 уже довольно хорошо зарекомендовал себя в качестве медицинского инструмента для лечения заболеваний. И мы неоднократно сообщали о них на страницах нашего портала, так что подписывайтесь на нас в Телеграм, чтобы ничего не пропустить. Однако спектр применения этого замечательного изобретения может оказаться куда шире. Например, не так давно группа ученых из Канады разработала новый способ доставки инструмента для редактирования ДНК напрямую в микроорганизмы. А это позволит эффективно воздействовать на конкретные штаммы бактерий (в том числе и на устойчивые к антибиотикам супербактерии), чего раньше добиться не удавалось.

Редактор генома не перестает удивлять

Как редактор генома способен убивать микробов

Ученые из Университета Западного Онтарио разработали новый способ доставки CRISPR, который поможет целенаправленно уничтожать бактерии. В перспективе это можно рассматривать как альтернативу традиционным антибактериальным препаратам, которые в последнее время теряют свою эффективность из-за быстрой приспосабливаемости бактерий.

Доставка любого терапевтического средства, включая CRISPR, очень сложна. — говорит один из авторов работы профессор Богумил Карас. Одна из главных причин, по которой я в восторге от этой работы, заключается в том, что результаты уже сейчас имеют широкий спектр возможных применений в реальном мире. Помимо возможности разработки антимикробных препаратов следующего поколения, которые были бы эффективны даже для бактерий, устойчивых ко всем известным антибиотикам, эта технология также может быть использована, чтобы помочь «хорошим» бактериям производить соединения для лечения заболеваний.

Но как такое возможно? Как сообщает редакция журнала Nature Communications, все довольно просто. Если, конечно, редактирование ДНК можно считать простой задачей. Однако же принцип воздействия на бактерии основан на том, как работает сам редактор генома. CRISPR при «вырезании» участков ДНК определяет, в каком месте нужно произвести манипуляцию благодаря так называемым «палиндромным повторам». Это, если не вдаваться в подробности, определенные участки ДНК, которые начинаются с одного определенного нуклеотида (структурной единицы ДНК) и заканчивается другим. И когда запрограммированный в CRISPR палиндромный повтор распознается редактором, тогда и происходит редактирование.

Использование CRISPR для убийства бактерий не является новой идеей, потому что это то, что CRISPR по сути и должен делать — изменять структуру ДНК. А так как бактерии — это одноклеточные организмы с одной-единственной ДНК, то ее изменение неизбежно ведет к гибели. Проблема всегда заключалась в том, как доставить CRISPR в бактерию.

Процесс переноса редактора генома с одной бактерии на другую

Система доставки CRISPR использует естественную способность бактерий к репликации, называемую бактериальной конъюгацией. Это однонаправленный перенос части генетического материала при непосредственном контакте двух бактериальных клеток. Таким образом, редактор генома изначально помещается в бактериальную клетку микробиома человека (например, в микрофлоку кишечника). Так как CRISPR изначально «настроен» на особых бактерий, он не причиняет микрофолоре никакого вреда. В то же время, когда «враг» появляется в организме, он начинает взаимодействовать с другими бактериями и благодаря переносу ДНК получает и CRISPR, который распознает «цель» и уничтожает ее на генном уровне.

Открытие дает возможность, по словам ученых, гораздо лучше справляться с бактериями, устойчивыми к антибиотикам. Например, Staphylococcus aureus (Staph A) и Escherichia coli (E. coli) в последнее время начали образовывать устойчивые к антибактериальной терапии штаммы, называемые супербактериями. И на них новый способ должен действовать особенно эффективно.