Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон и их коллеги из Калифорнийского университета в Сан-Франциско применили инструмент редактирования генов для изучения, какие гены затрагивают конкретные антибиотики. Они планируют лучше понять существующие антибиотики или разработать новые. Резистентность болезнетворных патогенов к существующим антибиотикам является растущей проблемой, которая, по оценкам, может поставить под угрозу миллионы жизней.

Проблема устойчивости к антибиотикам

«Нам нужно выяснить новые слабости этих бактерий», говорит Джейсон Питерс, разработавший систему. Техника под названием Mobile-CRISPRi позволяет ученым проводить скрининг функции антибиотиков у широкого спектра патогенных бактерий.

В процессе формы бактериального секса ученые передавали Mobile-CRISPRi из обычных лабораторных штаммов разнообразным бактериям, включая даже малоизученного микроба, обитающего на сырной корке. Эта простота переноса делает технику просто благом для ученых, изучающих бактерии, вызывающих заболевания или, напротив, способствующих укреплению здоровья.

Питерс работал с Кэрол Гросс, Ореном Розенбергом и другими коллегами, разрабатывая Mobile-CRISPRi. Эта система снижает выработку белка у целевых генов, позволяя ученым определить, как антибиотики подавляют рост патогенных микроорганизмов. Эти знания могут помочь непосредственным исследованиям антибиотикорезистентности.

Работа ученых была опубликована 7 января в журнале Nature Microbiology. Они воспользовались преимуществами набирающего популярность молекулярного инструмента CRISPR, но уникальным способом.

«Большинство людей, когда они думают о CRISPR, думают о редактировании генов», говорит Питерс. «Но это не то, чем я занимаюсь».

Обычно система CRISPR нацеливается на ген, в котором разрезает ДНК пополам. Ген можно редактировать, пока клетка восстанавливает повреждение.

Но Питерс и его сотрудники работали с модифицированной формой CRISPR — CRISPRi. CRISPRi проектировался так, чтобы не разрешать ДНК. Вместо этого, он просто садится на ДНК, блокируя доступ других белков к определенному гену. Результатом стала сниженная экспрессия гена и сниженное количество белка, который им кодируется.

Ученые показали, что если уменьшить количество белка, на которое нацелен антибиотик, бактерии становятся намного более чувствительными к более низким уровням препарата — что свидетельствует о связи между геном и препаратом. Таким образом, тысячи генов одновременно могут быть подвергнуты скринингу в качестве потенциальных мишеней для антибиотиков, помогая ученым узнать, как работают антибиотики, и как их улучшить.

Чтобы сделать CRISPRi мобильным, ученые разработали метода переноса системы из обычных лабораторных моделей вроде кишечной палочки болезнетворным видам, которые зачастую труднее изучать. Команда Питерса воспользовалась одним из природных способов обмена ДНК между бактериями, что-то вроде бактериального секса, конъюгацией.

«Вы просто смешиваете бактерии вместе и все получается», говорит Питерс. «Проще не бывает».

Используя конъюгацию, команда Питерса передала Mobile-CRISPRi патогенам Pseudomonas, Salmonella, Staphylococcus и Listeria, среди прочих.

«Это означает, что теперь вы можете изучать, как антибиотики воздействуют непосредственно на эти патогены», говорит Питерс. «Мы могли бы лучше узнать, как эти препараты воздействуют на разные организмы и, возможно, сделать их лучше».

Как думаете, какие еще применения мы найдем CRISPR?