Utilizando la tecnología CRISPR/Cas para combatir la resistencia a los antimicrobianos

Utilizando la tecnología CRISPR/Cas para combatir la resistencia a los antimicrobianos

En el segundo nuevo informe de investigación sobre el tema, el profesor asistente Ibrahim Bitar dice: El Departamento de Microbiología de la Facultad de Medicina y el Hospital Universitario de Pilsen, Universidad Charles de Praga, Pilsen, República Checa, proporcionará una descripción general de la biología molecular de la tecnología CRISPR y explicará cómo se puede utilizar para combatir la resistencia a los antimicrobianos.

Las repeticiones palindrómicas cortas interespaciadas regulares agrupadas (CRISPR) y los genes asociados a CRISPR (Cas) están muy extendidos en el genoma de muchas bacterias y representan un mecanismo de defensa contra invasores extraños como plásmidos y virus. Las matrices CRISPR consisten en una disposición repetida de secuencias cortas, cada una de las cuales deriva y coincide exactamente con una secuencia de ácido nucleico que una vez invadió al huésped.

Acompañando a las secuencias CRISPR hay de 4 a 10 genes asociados a CRISPR (cas) que están altamente conservados y codifican las proteínas Cas. Las proteínas cas realizan inmunidad adaptativa en procariotas (bacterias) basándose en memorias inmunológicas almacenadas en la matriz CRISPR. El sistema CRISPR/Cas integra una pequeña porción de ADN extraño de invasores como plásmidos y virus en sus secuencias de repetición directa y reconocerá y degradará los mismos elementos de ADN externos durante futuras invasiones.

Debido a que los sistemas CRISPR/Cas integran el ADN de patógenos invasores en orden crónico, se puede utilizar el genotipado para rastrear la clonalidad y el origen de los aislados y definirlos como una población de cepas que han estado expuestas a las mismas condiciones ambientales, incluida la ubicación geográfica (región). ) y entornos comunitarios/hospitales y, finalmente, se expandió aún más para rastrear bacterias patógenas en la sociedad humana.

Los sistemas CRISPR/Cas también se pueden utilizar para desarrollar agentes antimicrobianos: mediante la introducción de ARNcr autodirigidos, las poblaciones bacterianas objetivo se eliminan de forma eficaz y selectiva. Debido a la falta de agentes antimicrobianos eficaces disponibles para tratar las infecciones multirresistentes (MDR), los investigadores comenzaron a buscar métodos alternativos para combatir las infecciones MDR en lugar de pasar por el proceso de desarrollar nuevos agentes antimicrobianos, que puede llevar décadas. Como resultado, el concepto de antimicrobianos selectivos basados ​​en CRISPR/Cas se desarrolló y demostró por primera vez en 2014. Los vectores que codifican Cas9 y los ARN guía dirigidos a loci genómicos de una cepa o especie bacteriana específica se pueden administrar a la cepa objetivo a través de bacteriófagos o cepas bacterianas conjugativas. En teoría, la provisión de sistemas CRISPR/Cas manipulados elimina específicamente las cepas objetivo de la población bacteriana, pero no es tan simple.

Si bien estos sistemas pueden ser un objetivo de manipulación/interferencia, todas las bacterias están reguladas de múltiples maneras para garantizar que mantengan el control del proceso. Por lo tanto, todavía existen algunos desafíos importantes en el uso de este sistema como agente antimicrobiano.

La mayoría de los métodos requieren la entrega del sistema resensibilizado mediante conjugación; El vector es transportado por una cepa de bacterias de laboratorio no virulenta que está diseñada para compartir el vector/plásmido mediante conjugación. El proceso de conjugación es un proceso natural que llevan a cabo las bacterias y que da como resultado el intercambio de plásmidos entre sí (incluso con otras especies). El porcentaje de bacterias conjugadas (liberadas con éxito) en la población bacteriana total es fundamental para la eficacia de la resensibilización. Este proceso se controla a través de varias vías complicadas.

Las bacterias también tienen sistemas anti-CRISPR incorporados que pueden reparar cualquier daño causado por los sistemas CRISPR-Cas. Los sistemas de defensa que utiliza la bacteria para protegerse del ADN extraño a menudo se encuentran dentro de islas de defensa (segmentos del genoma que contienen genes con funciones similares para proteger al huésped de los invasores) en el genoma bacteriano; Por ejemplo:acr(un gen que, junto con otras variantes similares, funciona como represor de los sistemas de conjugación de plásmidos) a menudo forman grupos con antagonistas de otras funciones de defensa del huésped (por ejemplo, sistemas de modificación antirestricción) y los expertos creen que los MGE (elementos genéticos móviles) organizan sus estrategias de defensa homólogas en islas “antidefensa”.

En resumen, este método parece muy prometedor como forma alternativa de combatir la resistencia a los antimicrobianos. El método se basa en el concepto de volver a sensibilizar a las bacterias para que utilicen los antibióticos ya disponibles, es decir, eliminar su resistencia y volverlas susceptibles a los antibióticos de primera línea. Sin embargo, las vías metabólicas bacterianas siempre son complicadas y dichos sistemas siempre están fuertemente regulados por múltiples vías. Estas vías reguladas deben estudiarse en detalle para evitar una presión selectiva que favorezca la activación de los sistemas anti-CRISPR y, por tanto, resulte en una propagación más agresiva de la resistencia”.

Profesor asistente Ibrahim Bitar, Departamento de Microbiología, Facultad de Medicina y Hospital Universitario de Pilsen, Universidad Carolina de Praga

Fuentes: