Candida albicans es un hongo patógeno humano notorio que causa aftas e infecciones sistémicas graves. Oportunista C. albicans los hongos, que a menudo viven discretamente en la flora normal de la piel y el intestino humanos, pueden cambiar de su modo sigiloso inofensivo para convertirse en patógenos agresivos, especialmente en personas cuyo sistema inmunológico ya está comprometido por enfermedades preexistentes o terapias con medicamentos severos.también pueden formar biopelículas en dispositivos médicos, como catéteres y stents en el cuerpo humano, lo que provoca infecciones y, a veces, la muerte. La amenaza que plantean las formas del patógeno, tanto libres como unidas a biopelículas, crece constantemente, como virulentas C. albicans las cepas se están volviendo cada vez más resistentes a los pocos medicamentos disponibles para tratarlas.
Los microbiólogos se enfrentan a tremendas dificultades en su búsqueda para luchar C. albicans 'resistencia a los medicamentos y formación de biopelículas. Cada uno C. albicans el microbio es un organismo "diploide", ya que normalmente contiene dos copias de todo su genoma y de todos los genes codificados en su interior. Sin embargo, para comprender el papel que desempeña un gen específico, los investigadores deben poder eliminar ambas copias enal mismo tiempo, permitiéndoles observar los efectos de la ausencia total del gen, lo que ha sido un desafío difícil en C. albicans . Además, los genes a menudo desempeñan funciones muy similares y, a veces, redundantes en muchos procesos, incluida la resistencia a los fármacos y la formación de biopelículas, lo que significa que es necesario eliminar más de un gen para identificar aquellos genes cuyas funciones están vinculadas.
Para abordar el desafío de la deleción de genes en C. albicans , un equipo colaborativo dirigido por James Collin y George Church, dos miembros de la Facultad Central del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de Harvard, han desarrollado una plataforma de "impulso genético" basada en CRISPR-Cas9 para crear cepas diploides del patógeno en el que ambos geneslas copias podrían eliminarse de manera eficiente. La técnica puede abrir el camino hacia una mejor comprensión de la resistencia a los medicamentos y los mecanismos de formación de biopelículas, y, a través de investigaciones futuras, podría ayudar a identificar nuevos objetivos de medicamentos y terapias combinadas. El estudio se publica en Microbiología de la naturaleza .
El equipo aprovechó una forma "haploide" muy rara recientemente descubierta de C. albicans que, como los de otros hongos, solo contiene un conjunto de cromosomas con una copia de cada gen, pero se pueden aparear para crear fácilmente la forma diploide ". Usamos haploide C. albicans cepas y genes reemplazados que queríamos eliminar con un 'impulso genético' que previamente desarrollamos y ajustamos a la biología específica de C. albicans . Después del apareamiento, estos 'elementos genéticos egoístas' proceden a reemplazar la copia normal del gen en los hongos diploides ", dijo Church, Ph.D., quien es profesor de genética en la Facultad de Medicina de Harvard y de Ciencias de la Salud yTecnología en Harvard y MIT. "El enfoque funcionó de manera tan eficiente que nos permitió incluso eliminar pares de genes diferentes simultáneamente con mayor rendimiento y explorar si sus funciones están relacionadas".
El nuevo enfoque de impulso genético se basa en el sistema CRISPR-Cas9, en el que una enzima Cas9 que corta el ADN se dirige a dos regiones que flanquean un gen en un haploide C. albicans hongos por dos de los llamados RNA guía gRNA. Una vez que se ha cortado la secuencia del gen objetivo, se inserta en su lugar un casete de impulso genético que expresa todos los componentes Cas9 y gRNA. Cuando dos hongos haploides se aparean para formar diploidesdescendencia, el impulso genético también sustituirá a la contraparte del gen en el otro cromosoma, eliminando efectivamente la versión original del organismo por completo.
Al aplicar su enfoque de deleción de genes, el equipo pudo identificar combinaciones de genes que actúan sinérgicamente para desafiar ciertos medicamentos o para desencadenar la formación de biopelículas ". Por ejemplo, eliminando los dos genes que codifican la bomba de eflujo CDR1 y CDR2, oTPO3 y CDR2 juntos, renderizados C. albicans altamente sensible al fluconazol y otros medicamentos antifúngicos, lo que sugiere que apuntar a dos mecanismos al mismo tiempo podría ayudar a superar la resistencia a los medicamentos ", dijo Rebecca Shapiro, Ph.D., becaria postdoctoral en el equipo de Collins. Shapiro se asoció con Alejandro Chávez, Ph.D., como primeros coautores de la publicación. Chávez es un ex becario postdoctoral que trabajó con Church y Collins; ahora es profesor asistente en la Universidad de Columbia de Nueva York. "En los ensayos de formación de biopelículas, también encontramos queLa pérdida del gen del factor de adhesión ALS3 se sinergiza con la pérdida de varios otros genes del factor de adhesión, lo que lo convierte en un centro altamente interconectado de adhesión de biopelículas y un candidato interesante para explorar más a fondo ".
El estudio ofrece nuevos avances para comprender el difícil territorio de C. albicans patogenia y resistencia a los medicamentos. "Ahora podemos manejar mucho mejor cómo las redes genéticas que subyacen a la virulencia de C. albicans están organizados, ven cómo responden a perturbaciones ambientales y farmacológicas específicas y, por lo tanto, descubren nuevas vulnerabilidades, que en el futuro pueden conducir a nuevos objetivos farmacológicos y terapias combinadas ", dijo Collins, Ph.D., quien también es TermeerProfesor de Ingeniería y Ciencias Médicas en el Instituto de Tecnología de Massachusetts MIT y profesor de Ingeniería Biológica en el MIT. "Además, nuestra plataforma de matriz de impulso genético puede ser un modelo para enfoques similares en otros patógenos fúngicos, como la recién emergente Candida auris, que es altamente resistente a los medicamentos y ya ha sido marcado como una amenaza por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades ".
"Esta colaboración simbiótica entre los líderes de la facultad de dos de las Plataformas Tecnológicas Habilitadoras del Instituto Wyss, Jim Collins y George Church, condujo a nuevos conocimientos importantes sobre la biología de este patógeno fúngico infeccioso y cómo desarrolla resistencia, además de abrir uncamino completamente nuevo para el diseño de terapias antimicóticas más efectivas ", dijo el director fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., quien también es profesor de Biología Vascular Judah Folkman en HMS y el Programa de Biología Vascular en el Boston Children's Hospital, comoasí como Profesor de Bioingeniería en SEAS.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica en Harvard . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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