Sistema CRISPR inovador pode reverter crise de resistência a antibióticos

Estas bactérias perigosas prosperam frequentemente em hospitais, instalações de tratamento de águas residuais, explorações pecuárias e pisciculturas. Em resposta a esta ameaça crescente, os cientistas estão a recorrer a tecnologias genéticas avançadas. Pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego estão agora usando novas e poderosas ferramentas de edição genética para combater diretamente a resistência aos antibióticos.

Estratégia CRISPR Gene Drive visa resistência

Os professores Ethan Bier e Justin Meyer, da Escola de Ciências Biológicas da UC San Diego, se uniram para criar uma nova maneira de remover características de resistência de populações bacterianas. A sua abordagem baseia-se na edição genética CRISPR e empresta conceitos de genes impulsionados, que são utilizados em insectos para bloquear a propagação de características prejudiciais, como a malária, que transporta parasitas.

A equipe desenvolveu um sistema Pro-Active Genetics (Pro-AG) de segunda geração chamado pPro-MobV. Esta tecnologia atualizada foi projetada para se espalhar pelas comunidades bacterianas e desativar os genes que as tornam resistentes aos antibióticos.

“Com o pPro-MobV, trouxemos o pensamento genético dos insetos para as bactérias como uma ferramenta de engenharia populacional”, disse Bier, membro do corpo docente do Departamento de Biologia Celular e do Desenvolvimento. “Com esta nova tecnologia baseada em CRISPR podemos pegar algumas células e deixá-las ir para neutralizar a RA em uma grande população-alvo.”

Como o cassete genético restaura a sensibilidade aos antibióticos

A base para este trabalho começou em 2019, quando o laboratório de Bier fez parceria com a equipe do professor Victor Nizet (Escola de Medicina da UC San Diego) para projetar o sistema Pro-AG original. Essa versão anterior introduziu um cassete genético nas bactérias, permitindo que elas se copiassem entre os genomas bacterianos e desligassem genes de resistência a antibióticos.

Este cassete tem como alvo específico genes de resistência transportados em plasmídeos, que são pequenas moléculas circulares de DNA que se replicam dentro das células bacterianas. Ao inserir-se nestes plasmídeos, a cassete perturba os genes de resistência e torna as bactérias novamente vulneráveis ​​aos antibióticos.

Espalhando através de biofilmes e acasalamento bacteriano

O sistema pPro-MobV mais recente expande esse conceito usando transferência conjugal, um processo semelhante ao acasalamento bacteriano, para mover componentes CRISPR de uma célula para outra. De acordo com descobertas publicadas na revista Nature npj Antimicrobials and Resistance, os pesquisadores demonstraram que o sistema pode viajar através de um canal de acasalamento natural formado entre bactérias, distribuindo os elementos que incapacitam a resistência entre as populações.

É importante ressaltar que a equipe mostrou que esse método funciona dentro de biofilmes. Os biofilmes são comunidades densas de micróbios que se aderem às superfícies e são notoriamente difíceis de eliminar com métodos de limpeza padrão. Eles estão envolvidos na maioria das infecções graves e ajudam as bactérias a sobreviver ao tratamento com antibióticos, formando uma barreira protetora que limita a facilidade com que os medicamentos podem penetrar. Por causa disso, a nova abordagem poderia ter aplicações importantes em hospitais, esforços de limpeza ambiental e engenharia de microbiomas.

“O contexto do biofilme para combater a resistência aos antibióticos é particularmente importante, uma vez que esta é uma das formas mais desafiadoras de crescimento bacteriano a ser superada na clínica ou em ambientes fechados, como lagos de fazendas aquáticas e estações de tratamento de esgoto”, disse Bier. “Se você pudesse reduzir a propagação de animais para humanos, poderia ter um impacto significativo no problema da resistência aos antibióticos, já que estima-se que cerca de metade dela venha do meio ambiente”.

Emparelhando CRISPR com bacteriófagos

Os pesquisadores também descobriram que elementos de seu sistema genético ativo podem ser transportados por bacteriófagos, ou fagos, vírus que infectam bactérias naturalmente. Os fagos já estão sendo projetados para combater a resistência aos antibióticos, ultrapassando as defesas bacterianas e entregando material genético perturbador às células. A equipe prevê que o pPro-MobV trabalhe junto com esses fagos projetados para fortalecer o impacto.

Como salvaguarda adicional, a plataforma pode incluir um processo conhecido como eliminação baseada em homologia, que permite aos cientistas remover a cassete genética inserida, se necessário.

“Esta tecnologia é uma das poucas formas que conheço que podem reverter ativamente a propagação de genes resistentes a antibióticos, em vez de apenas retardar ou lidar com a sua propagação”, disse Meyer, professor do Departamento de Ecologia, Comportamento e Evolução, que estuda as adaptações evolutivas de bactérias e vírus.