Стратегия генетического разрушения, разработанная исследователями Университета Колорадо в Боулдере, эффективно блокирует эволюцию устойчивых к антибиотикам бактерий, таких как кишечная палочка, давая ученым решающую опору в продолжающейся битве со смертельными супербактериями.
Эти патогены с множественной лекарственной устойчивостью, которые адаптируются к существующим антибиотикам быстрее, чем могут быть созданы новые, заражают почти 2 миллиона человек и ежегодно вызывают не менее 23 000 смертей в США, согласно данным Центров болезней. Контроль.
Стремясь разработать устойчивое долгосрочное решение, исследователи CU Boulder создали подход «Контролируемое препятствие адаптации организма» (CHAOS), в котором используются методы редактирования ДНК CRISPR для изменения экспрессии нескольких генов в клетках бактерий, центральные процессы патогена и препятствуя его способности развивать защитные силы.
«Теперь у нас есть способ отрезать эволюционные пути некоторых из самых неприятных ошибок и потенциально предотвратить появление будущих ошибок», - сказал Питер Отупал, ведущий автор исследования и докторант Университета Калифорнии в Боулдере. Кафедра химической и биологической инженерии (CHBE).
Исследование CHAOS является кульминацией работы, начатой в 2013 году, когда Отупал и его коллеги начали поиск генов, которые могли бы действовать как клеточный выключатель E. coli. Когда ученые изменяли один ген за раз, бактерии могли адаптироваться и выживать. Но когда они меняли сразу два или более генов, клетка становилась слабее.
"Мы увидели, что, когда мы настраивали экспрессию нескольких генов одновременно - даже гены, которые, казалось бы, помогают бактериям выживать - приспособленность бактерий резко падала", - сказал Отоупал..
Метод CHAOS использует преимущества этого эффекта, задействуя несколько генетических рычагов, чтобы создать стресс для бактериальной клетки и, в конечном итоге, вызвать каскадный сбой, делая возбудителя более уязвимым для существующих методов лечения. Этот метод не изменяет саму ДНК жука, а только экспрессию отдельных генов, подобно тому, как закодированное сообщение становится бесполезным без надлежащей расшифровки.
«Вы можете думать об этом с точки зрения ряда возрастающих раздражений клетки, которые в конечном итоге приводят к ее ослаблению», - сказала Анушри Чаттерджи, старший автор исследования и доцент CHBE. «Этот метод предлагает огромный потенциал для создания более эффективных комбинаторных подходов».
Хотя E. coli имеет почти 4000 отдельных генов, точная последовательность модификаций генов, по-видимому, имеет меньшее значение, чем само количество нарушенных генов, сказал Отоупал. Тем не менее, исследователи планируют продолжить оптимизацию метода CHAOS для поиска наиболее эффективных сбоев.
Выводы, изложенные сегодня в журнале Nature Communications Biology, могут открыть новые направления исследований в отношении того, как лучше всего ограничить устойчивость патогенов к антибиотикам.
«Болезни очень динамичны, поэтому нам необходимо разработать более разумные методы лечения, которые смогут контролировать их быструю скорость адаптации», - сказал Чаттерджи. «В нашей лаборатории основное внимание уделяется демонстрации эффективности этих методов, а затем поиску способов применения технологии в современных клинических условиях».
«В прошлом никто не думал, что можно замедлить эволюцию», - сказал Отоупал. «Но, как и у всего остального, у эволюции есть правила, и мы начинаем учиться использовать их в своих интересах».