Un investigador de la Universidad de Wisconsin-Madison y sus colaboradores en la Universidad de California en San Francisco han reutilizado la herramienta de edición de genes CRISPR para estudiar qué genes son atacados por antibióticos en particular, brindando pistas sobre cómo mejorar los antibióticos existentes o desarrollar nuevos.
[/media-credit] Herramienta de edición de genes CRISPR reutilizada para desarrollar mejores antibióticos.
«Lo que tenemos que hacer es descubrir nuevas debilidades en estas bacterias«, dice Jason Peters, profesor de ciencias farmacéuticas de la UW-Madison, quien desarrolló el nuevo sistema.
La técnica, conocida como Mobile-CRISPRi, permite a los científicos evaluar la función antibiótica en una amplia gama de bacterias patógenas.
Usando una forma de sexo bacteriano, los investigadores transfirieron Mobile-CRISPRi de cepas comunes de laboratorio a diversas bacterias, incluso incluyendo un microbio poco estudiado que se encuentra en la cáscara del queso. Esta facilidad de transferencia hace que la técnica sea una bendición para los científicos que estudian cualquier cantidad de bacterias que causan enfermedades o promueven la salud.
Peters trabajó con Carol Gross, Oren Rosenberg y otros colegas en 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. Ese conocimiento puede ayudar a dirigir la investigación para superar la resistencia a los medicamentos existentes.
Los investigadores publicaron sus hallazgos el 7 de enero de 2018 en la revista Nature Microbiology [1]. Aprovecharon la herramienta molecular cada vez más popular CRISPR, 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 Escuela de Farmacia como profesor asistente. «Pero eso no es lo que hago«.
Normalmente, el sistema CRISPR se enfoca en un gen donde corta el ADN en 2. El gen se puede editar mientras la célula repara el daño.
Pero Peters y sus colaboradores trabajaron con una forma debilitada de CRISPR conocida como CRISPRi. CRISPRi ha sido diseñado para ser incapaz de cortar el ADN. En su lugar, solo se asienta en el ADN, impidiendo que otras proteínas accedan y activen un gen en particular. 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 de la droga, evidencia de una asociación entre el gen y la droga. Miles de genes a la vez pueden seleccionarse como posibles objetivos de antibióticos 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 causantes de 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 e intercambian el ADN, un tipo de sexo bacteriano llamado conjugación. El ex profesor de genética de UW-Madison, Joshua Lederberg, descubrió la conjugación, lo que le valió el Premio Nobel en 1958.
«Básicamente, se mezclan las bacterias y sucede«, dice Peters sobre la conjugación. «No hay nada más fácil que eso«.
Usando 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 los antibióticos funcionan directamente en estos patógenos«, dice Peters. «Eso podría darnos una mejor idea de cómo funcionan estos medicamentos en los diferentes organismos y, potencialmente, qué podemos hacer para mejorarlos«.
La verdadera prueba de la movilidad de Mobile-CRISPRi vino del queso.
A medida que el queso envejece, cura su propio paisaje de microbios. Los científicos están empezando a investigar la inmensa diversidad de bacterias y hongos en los quesos, que contribuyen a sus complejos sabores. Una de esas bacterias, Vibrio casei, fue encontrada en la cáscara de un queso francés en 2010 por la colaboradora de Peters, Rachel Dutton, de la Universidad de California, San Diego.
La manipulación de genes es simple en bacterias de laboratorio establecidas como E. coli, pero a menudo no hay manera de estudiar genes en bacterias recientemente aisladas del medio ambiente, como V. casei. Pero Mobile-CRISPRi se transfirió fácilmente a la cepa, abriendo nuevas vías para comprender cómo las bacterias colonizan y ayudan a envejecer el queso. Como prueba de concepto, V. casei sugiere que Mobile-CRISPRi debería ser útil para cualquier cantidad de bacterias no estudiadas previamente, tanto las que nos dañan como las que confían.
Ahora Peters está ofreciendo Mobile-CRISPRi a otros investigadores para estudiar los gérmenes de su elección.
«Así que ahora estará completamente disponible para la comunidad«, dice Peters. «Ahora esto le da a la gente un camino hacia adelante«.
[referencias]
