Un investigador de la Universidad de Wisconsin-Madison y sus colaboradores en la Universidad de California, San Francisco, han reutilizado la herramienta de edición de genes CRISPR para estudiar qué genes están dirigidos por antibióticos particulares, proporcionando pistas sobre cómo mejorar los antibióticos existentes o desarrollar otros nuevos.
La resistencia a los antibióticos actuales por agentes patógenos causantes de enfermedades es un problema creciente, que se estima que pone en peligro millones de vidas y cuesta más de $ 2 mil millones cada año en los EE. UU.
"Lo que debemos hacer es descubrir nuevas debilidades en estas bacterias", dice Jason Peters, profesor de ciencias farmacéuticas de la UW-Madison, que desarrolló el nuevo sistema.
La técnica, conocida como Mobile-CRISPRi, permite a los científicos detectar la función antibiótica en una amplia gama de bacterias patógenas.
Utilizando una forma de sexo bacteriano, los investigadores transfirieron Mobile-CRISPRi de cepas de laboratorio comunes a diversas bacterias, incluso un microbio poco estudiado que se instaló en las cortezas de queso. Esta facilidad de transferencia hace que la técnica sea una bendición para los científicos que estudian cualquiercantidad de bacterias que causan enfermedades o promueven la salud
Peters trabajó con Carol Gross, Oren Rosenberg y otros colegas de la UCSF y otras instituciones para diseñar y probar Mobile-CRISPRi. El sistema reduce la producción de proteínas a partir de genes específicos, lo que permite a los investigadores identificar cómo los antibióticos inhiben el crecimiento de patógenos.el conocimiento puede ayudar a dirigir la investigación para superar la resistencia a las drogas existentes.
Los investigadores publicaron sus hallazgos el 7 de enero en la revista Microbiología de la naturaleza . Se aprovecharon de la herramienta molecular CRISPR, cada vez más popular, pero de una manera única.
"La mayoría de las personas, cuando piensan en CRISPR, piensan en la edición de genes", dice Peters, quien obtuvo su doctorado en UW-Madison y recientemente se unió a la Facultad de Farmacia como profesor asistente. "Pero eso no es lo que hago".
Normalmente, el sistema CRISPR se dirige a un gen donde corta el ADN en dos. El gen puede editarse mientras la célula repara el daño.
Pero Peters y sus colaboradores trabajaron con una forma desarmada de CRISPR conocida como CRISPRi. CRISPRi ha sido diseñada para que no pueda cortar el ADN. En cambio, simplemente se asienta sobre el ADN, impidiendo que otras proteínas tengan acceso y se activen en particulargen. El resultado es una menor expresión del gen y una cantidad reducida de la proteína que codifica.
Los investigadores demostraron que si disminuían la cantidad de proteína dirigida por un antibiótico, las bacterias se volvían mucho más sensibles a los niveles más bajos del fármaco, evidencia de una asociación entre gen y fármaco. Miles de genes a la vez pueden seleccionarse comolos posibles antibióticos se dirigen de esta manera, ayudando a los científicos a aprender cómo funcionan los antibióticos y cómo mejorarlos.
Para hacer que CRISPRi sea móvil, los investigadores desarrollaron métodos para transferir el sistema de modelos de laboratorio comunes como E. coli a especies que causan enfermedades, que a menudo son más difíciles de estudiar. El equipo de Peters recurrió a una de las formas naturales en que las bacterias se unen yintercambiar ADN, una especie de sexo bacteriano llamado conjugación. El ex profesor de genética de la UW-Madison Joshua Lederberg descubrió la conjugación, que le valió el Premio Nobel en 1958.
"Básicamente se mezclan las bacterias y sucede", dice Peters de la conjugación. "No es mucho más fácil que eso".
Utilizando la conjugación, el equipo de Peters transfirió Mobile-CRISPRi a los patógenos Pseudomonas, Salmonella, Staphylococcus y Listeria, entre otros.
"Lo que eso significa es que ahora puedes hacer estudios sobre cómo funcionan los antibióticos directamente en estos patógenos", dice Peters. "Eso podría darnos una mejor pista sobre cómo funcionan estos medicamentos en los diferentes organismos y potencialmente qué podemos hacer parahazlos mejores "
La prueba real de la movilidad de Mobile-CRISPRi provino del queso.
A medida que el queso envejece, conserva su propio paisaje de microbios. Los científicos están comenzando a investigar la inmensa diversidad de bacterias y hongos en los quesos, que contribuyen a sus sabores complejos. Una de esas bacterias, Vibrio casei, se encontró en la cortezade un queso francés en 2010 por la colaboradora de Peters, Rachel Dutton, de la Universidad de California en San Diego.
La manipulación de genes es simple en bacterias de laboratorio establecidas como E. coli, pero a menudo no hay forma de estudiar genes en bacterias recientemente aisladas del ambiente, como V. casei. Pero Mobile-CRISPRi se transfirió fácilmente a la cepa,abriendo nuevas vías para entender cómo la bacteria coloniza y ayuda a añejar el queso.Como prueba de concepto, V. casei sugiere que Mobile-CRISPRi debería ser útil para cualquier cantidad de bacterias previamente estudiadas, tanto las que nos dañan como las que nosotrosdepender de.
Ahora Peters ofrece Mobile-CRISPRi a otros investigadores para estudiar sus gérmenes de elección.
"Así que ahora estará completamente disponible para la comunidad", dice Peters. "Ahora esto le da a la gente un camino hacia adelante"
Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud subvenciones F32 GM108222 y R01 GM102790 y el Proyecto Hatch NYC-189438 del Instituto Nacional de Agricultura y Alimentos del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Original escrito por Eric Hamilton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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