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Lucha contra las superbacterias con su propio sistema de "edición de genes"
Nos estamos quedando sin antibióticos para tratar las bacterias resistentes a los medicamentos que han estado surgiendo en los últimos años. Solo en los EE. UU., La tuberculosis resistente a los medicamentos, los estafilococos y otras superbacterias infectan a más de 2 millones de personas y se cobra al menos 23,000 vidas cada año. Ahora, un nuevo estudio revela cómo los ingenieros han encontrado una manera de convertir una de las propias armas de los supermicrobios en sí mismos.
Superbugs como MRSA han adquirido genes que los hacen virtualmente intratables con antibióticos.
Escribiendo en Biotecnología de la naturaleza, Timothy Lu, profesor asociado de ingeniería biológica e ingeniería eléctrica e informática en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), y sus colegas explican cómo usaron CRISPR (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas e interspaced regulares): un sistema de edición de genes que las bacterias usan para defiéndete contra el ataque de virus, para apuntar a las superbacterias mismas.
La mayoría de los antibióticos funcionan al interrumpir procesos bacterianos esenciales como la división celular y la síntesis de proteínas. Pero superbacterias como MRSA (resistente a la meticilina) Staphylococcus aureus) y CRE (resistente a carbapenem) Enterobacteriaceae) han adquirido genes que los hacen virtualmente intratables con drogas que funcionan de esta manera.
El Prof. Lu dice que estamos en un "momento crucial", con "menos y menos antibióticos nuevos disponibles, pero más y más resistencia a antibióticos evolucionando".
El Prof. Lu y su equipo han estado buscando nuevas formas de abordar la resistencia a los antibióticos, y el nuevo documento describe una de esas estrategias.
Los investigadores usaron parte del sistema inmune de superbugs contra sí mismo
CRISPR es una parte del sistema inmune de las bacterias que los ayuda a luchar contra los bacteriófagos (virus que infectan a las bacterias). Contiene instrucciones para hacer herramientas en forma de proteínas. Una de esas proteínas, llamada Cas9, es una enzima que corta el ADN. Se adhiere a una "guía" de ARN que le dice dónde cortar.
En su estudio, el Prof. Lu y sus colegas describen cómo usaron esta característica de CRISPR contra las bacterias. Diseñaron su propia guía de ARN para identificar genes de resistencia a los antibióticos. Uno de esos genes codifica una enzima conocida como NDM-1.
Las bacterias que portan el gen NDM-1 se encuentran entre las superbacterias más resistentes a los medicamentos existentes. El gen les permite resistir una amplia gama de antibióticos betalactámicos, incluidos carbapenémicos. Los genes NDM-1 generalmente se transportan en plásmidos (anillos de ADN que están separados del genoma bacteriano), lo que facilita su propagación a otras poblaciones de bacterias.
Mediante el uso de CRISPR con Cas9 para apuntar a NDM-1, los investigadores pudieron matar selectivamente a más del 99% de las bacterias que portaban NDM-1, mientras que los antibióticos a los que las bacterias eran resistentes mataron a casi ninguno de ellos.
Luego usaron el sistema para atacar otro gen llamado SHV-18, una mutación en el cromosoma bacteriano que los hace resistentes a los antibióticos quinolónicos. También se sabe que es un factor de virulencia en enterohemorrágico E. coli, una cepa que puede causar enfermedades graves transmitidas por los alimentos.
El mismo enfoque podría usarse para matar selectivamente cepas de bacterias en poblaciones mixtas
Como una ventaja adicional, el equipo también descubrió, usando sus firmas genéticas únicas, que podrían obtener CRISPR para atacar selectivamente y matar bacterias específicas en colonias mixtas. Esto abre la posibilidad de una "edición de microbioma", utilizando un enfoque de francotirador en lugar de la pistola de dispersión que emplean los antibióticos de amplio espectro.
En su estudio, el equipo demostró con éxito dos maneras de administrar CRISPR a las bacterias diana. Un método usó bacterias modificadas genéticamente para transportar los genes CRISPR en plásmidos (que se propagaron fácilmente a las bacterias diana), y el otro usó partículas de virus que se unen a las bacterias para inyectar los genes.
También mostraron que el sistema CRISPR conducía a una mayor supervivencia en las larvas de waxworm infectadas con una forma nociva de E. coli.
El equipo actualmente está probando el sistema en ratones, y esperamos con ansias el día en que la tecnología se pueda modificar para tratar infecciones y eliminar bacterias no deseadas en humanos.
Ahmad Khalil, profesor asistente de ingeniería biomédica en la Universidad de Boston, y que no participó en el estudio, dice:
"Este trabajo representa un método genético muy interesante para matar las bacterias resistentes a los antibióticos de manera dirigida, que en principio podría ayudar a combatir la propagación de la resistencia a los antibióticos alimentada por el tratamiento excesivo de amplio espectro".
Los Institutos Nacionales de Salud, la Oficina de Investigación Naval, la Agencia de Reducción de Amenazas para la Defensa, el Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU., La Oficina de Investigación del Ejército de los EE. UU. Y la Fundación Ellison contribuyeron con fondos para la investigación.
Mientras tanto, en agosto de 2014, un equipo del Instituto Koch de Integrative Cancer Research del MIT escribió en Naturaleza, mostró cómo CRISPR permite un estudio más rápido del papel de las mutaciones en el desarrollo tumoral.
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