Ученые из Университета штата Северная Каролина (North Carolina State University) разработали антибактериальное средство, своего рода «умную бомбу», которое может с максимальной точностью идентифицировать определенные штаммы бактерий и разрезать их ДНК, предотвращая развитие инфекции. Новый метод представляет возможную стратегию лечения инфекций, вызываемых бактериями с множественной лекарственной устойчивостью.

«Традиционные антибиотики убивают как «хорошие», так и «плохие» бактерии, что приводит к непредусмотренным последствиям, таким как оппортунистические инфекции», – говорит руководитель исследования доктор Чейз Бейзел (Chase Beisel), доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии NC State. «То, что мы показали в этой новой работе, это то, что можно селективно удалять определенные штаммы бактерий, не затрагивая популяций полезных микроорганизмов».

Новый подход основан на наличии у многих бактерий компонента иммунной системы, известного как система CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) – Cas (CRISPR-associated). Система CRISPR-Cas защищает бактерии от таких захватчиков, как вирусы, создавая небольшие цепочки РНК – CRISPR РНК, – которые соответствуют последовательностям ДНК, характерным для того или иного бактериофага. Когда CRISPR РНК находят свои ДНК-соответствия в виде ДНК вируса, они высвобождают белки Cas, разрезающие вирусную ДНК.

Ученые показали, что введение в бактериальную клетку CRISPR РНК, соответствующих ДНК-последовательностям самих бактерий, приводит к «самоубийству» бактериальных клеток, так как их система CRISPR-Cas начинает атаковать свою собственную ДНК.

«В ходе лабораторных испытаний мы установили, что этот подход адресно убивает бактерии», – комментирует Бейзел. «Мы пока не полностью понимаем, как именно разрезание ДНК приводит к гибели бактерии. Однако мы воодушевлены легкостью специфического таргетинга различных бактерий и эффективностью их уничтожения».

Исследователи протестировали свой подход на контролируемых культурах с различными комбинациями бактерий и смогли элиминировать только целевые штаммы.

«Например, нам удалось уничтожить Salmonella в культуре, не оказывая отрицательного воздействия на полезные бактерии, обычно присутствующие в желудочно-кишечном тракте», – продолжает доктор Бейзел.

Кроме того, Бейзел и его коллеги продемонстрировали точность своего метода, уничтожив один штамм одного из видов бактерий, ДНК которого совпадает с ДНК другого штамма того же вида на 99 процентов.

Еще одно преимущество такого подхода, говорит доктор Бейзель, состоит в том, что «за счет таргетинга специфических цепочек ДНК через систему CRISPR-Cas мы смогли обойти механизмы, лежащие в основе многих примеров устойчивости к антибиотикам».

Сейчас ученые работают над созданием эффективных методов доставки CRISPR РНК в клинических условиях.

По мнению соавтора работы доктора Рудольфа Баррангоу (Rodolphe Barrangou), это исследование закладывает фундамент разработки препаратов нового поколения, использующих программируемые CRISPR-Cas-системы.

Оригинальная статья:

Programmable Removal of Bacterial Strains by Use of Genome-Targeting CRISPR-Cas Systems