Устойчивость к антибиотикам за последние годы превратилась в одну из самых серьезных глобальных угроз для здравоохранения. Болезнетворные бактерии постоянно адаптируются, находя новые способы противостоять лекарствам, которые раньше были эффективны. В результате распространяются так называемые «супербактерии», и, согласно прогнозам, к 2050 году они могут стать причиной более 10 миллионов смертей ежегодно по всему миру.
Опасные микроорганизмы часто процветают в больницах, на очистных сооружениях, в животноводческих комплексах и на рыбных фермах. В ответ на эту растущую угрозу ученые обращаются к передовым генетическим технологиям. Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего используют мощные инструменты редактирования генов, чтобы напрямую бороться с устойчивостью бактерий к антибиотикам.
Команда ученых под руководством профессоров Итана Бира и Джастина Мейера разработала новый способ удаления генов устойчивости из бактериальных популяций. Их подход основан на технологии CRISPR и заимствует принципы так называемых «генных драйвов», которые используются для контроля популяций насекомых, например, для блокирования распространения малярийных паразитов. Новая система, получившая название pPro-MobV, предназначена для распространения внутри бактериальных сообществ и отключения генов, делающих их неуязвимыми для лекарств.
«С помощью pPro-MobV мы перенесли концепцию генного драйва от насекомых к бактериям в качестве инструмента популяционной инженерии, – говорит профессор Бир. – Эта новая технология на основе CRISPR позволяет нам взять несколько клеток и позволить им нейтрализовать устойчивость к антибиотикам в большой целевой популяции».
В основе разработки лежит созданная ранее «генетическая кассета», которая встраивается в геном бактерии. Эта кассета нацелена на гены устойчивости, расположенные на плазмидах – небольших кольцевых молекулах ДНК. Встраиваясь в плазмиды, кассета нарушает работу генов резистентности, делая бактерии снова уязвимыми для антибиотиков. Новая система pPro-MobV расширяет эту концепцию, используя процесс, похожий на бактериальное «спаривание», для передачи компонентов CRISPR от одной клетки к другой.
Исследователи продемонстрировали, что их метод эффективно работает даже внутри биопленок. Биопленки – это плотные сообщества микробов, которые образуют защитный слой на поверхностях и чрезвычайно трудно поддаются уничтожению. Именно они участвуют в большинстве серьезных инфекций, помогая бактериям выживать. Способность технологии проникать в биопленки открывает важные перспективы для ее применения в больницах, при очистке окружающей среды и в инженерии микробиома.
«Борьба с устойчивостью к антибиотикам в контексте биопленок особенно важна, поскольку это одна из самых сложных форм бактериального роста, – отмечает Бир. – Если бы мы могли сократить передачу [устойчивости] от животных к человеку, это оказало бы значительное влияние на проблему, поскольку примерно половина случаев ее возникновения связана с окружающей средой».
Ученые также обнаружили, что элементы их системы могут переноситься бактериофагами – вирусами, которые естественным образом заражают бактерии. Это открывает возможность для комбинированного подхода, при котором специально разработанные фаги будут доставлять генетический инструмент прямо в клетки супербактерий. В качестве дополнительной меры безопасности платформа включает механизм, позволяющий при необходимости удалить встроенную генетическую кассету.
«Эта технология – один из немногих известных мне способов, который может активно обратить вспять распространение генов устойчивости к антибиотикам, а не просто замедлить его», – заключает профессор Мейер, изучающий эволюцию бактерий и вирусов.
