Nella sua presentazione "How to use CRISPR-Cas to combat AMR" al Congresso Globale ESCMID, l'Assistente Prof. Ibrahim Bitar, Dipartimento di Microbiologia, Facoltà di Medicina e Ospedale Universitario di Plzen, Charles University di Praga, Plzen, Repubblica Ceca, parlerà fornire una panoramica della biologia molecolare della tecnologia CRISPR spiegando come può essere utilizzata per contrastare la resistenza antimicrobica.

Le brevi ripetizioni palindromiche raggruppate regolarmente interspaziate (CRISPR) e i geni associati a CRISPR (cas) sono diffusi nel genoma di molti batteri e rappresentano un meccanismo di difesa contro invasori estranei come plasmidi e virus. Gli array CRISPR sono composti da una serie ripetuta di brevi sequenze, ciascuna originata da e corrispondente esattamente a una sequenza di acido nucleico che una volta ha invaso l'ospite.

Insieme alle sequenze CRISPR, ci sono 4-10 geni associati a CRISPR (cas), che sono altamente conservati e codificano per le proteine ​​Cas. Le proteine ​​Cas conducono l'immunità adattativa nei procarioti (batteri) sulla base delle memorie immunologiche archiviate nell'array CRISPR.

Il sistema CRISPR/Cas integra un piccolo frammento di DNA estraneo proveniente da invasori come plasmidi e virus nelle loro sequenze ripetute dirette e riconoscerà e degraderà gli stessi elementi di DNA esterni durante le future invasioni.

Poiché i sistemi CRISPR/Cas integrano il DNA dei patogeni invasori in ordine cronico, la genotipizzazione può essere utilizzata per tracciare la clonalità e l'origine degli isolati e definirli come una popolazione di ceppi sottoposti alle stesse condizioni ambientali, inclusa la posizione geografica (regione ) e ambienti comunitari/ospedalieri ed eventualmente ulteriormente esteso per tracciare i batteri patogeni nella società umana.

I sistemi CRISPR/Cas possono essere impiegati anche per lo sviluppo di agenti antimicrobici:l’introduzione di crRNA auto-bersaglianti ucciderà in modo efficace e selettivo le popolazioni batteriche bersaglio. A causa della carenza di agenti antimicrobici efficaci disponibili nel trattamento delle infezioni multiresistenti (MDR), i ricercatori hanno iniziato a cercare metodi alternativi per combattere le infezioni MDR anziché intraprendere il processo di sviluppo di nuovi agenti antimicrobici che può andare avanti per decenni.

Di conseguenza, il concetto di antimicrobici selettivi basati su CRISPR/Cas è stato sviluppato e dimostrato per la prima volta nel 2014. I vettori che codificano Cas9 e gli RNA guida che prendono di mira i loci genomici di un ceppo/specie batterico specifico possono essere consegnati al ceppo bersaglio tramite batteriofagi o batteri coniugativi ceppi.

In teoria, la fornitura dei sistemi CRISPR/Cas ingegnerizzati elimina in modo specifico i ceppi bersaglio dalla popolazione batterica, ma non è così semplice.

Sebbene questi sistemi possano sembrare un bersaglio per la manipolazione/intervento, tutti i batteri sono regolati da molteplici percorsi per garantire che mantengano il controllo sul processo. Pertanto, permangono diverse sfide importanti nell'utilizzo di questo sistema come agente antimicrobico.

La maggior parte dei metodi richiede la somministrazione del sistema risensibilizzato mediante coniugazione; il vettore è trasportato da un ceppo batterico di laboratorio non virulento che dovrebbe andare a condividere il vettore/plasmide attraverso la coniugazione. Il processo di coniugazione è un processo naturale eseguito dai batteri che si traduce nella condivisione di plasmidi tra loro (anche con altre specie).

La percentuale di batteri coniugati (somministrati con successo) nella popolazione batterica totale è fondamentale per l'efficienza della risensibilizzazione. Questo processo è governato da diversi percorsi complicati.

I batteri possiedono anche sistemi anti-CRISPR integrati, in grado di riparare qualsiasi danno causato dai sistemi CRISPR-Cas.

I sistemi di difesa che i batteri utilizzano per proteggersi dal DNA estraneo spesso co-localizzano all'interno di isole di difesa (segmenti genomici che contengono geni con funzione simile nella protezione dell'ospite dagli invasori) nei genomi batterici; ad esempio:acr (un gene che agisce, con altre varianti simili, come repressore dei sistemi coniugativi plasmidici) spesso si raggruppa con antagonisti di altre funzioni di difesa dell'ospite (ad esempio, sistemi di modificazione anti-restrizione) e gli esperti ipotizzano che gli MGE (elementi genetici mobili ) organizzano le loro strategie di controdifesa in isole "antidifesa".

Il professore assistente Bitar conclude:"In sintesi, questo metodo sembra molto promettente come metodo alternativo per combattere la resistenza antimicrobica. Il metodo utilizza il concetto di risensibilizzare i batteri per utilizzare gli antibiotici già disponibili, in altre parole, rimuovendone i batteri". resistenza e rendendoli nuovamente vulnerabili agli antibiotici di prima linea.

"Tuttavia, i percorsi batterici sono sempre complicati e tali sistemi sono sempre fortemente regolati da molteplici percorsi. Questi percorsi regolati devono essere studiati in profondità per evitare una pressione selettiva che favorisca l'attivazione dei sistemi anti-CRISPR, quindi la prevalenza della resistenza in modo più aggressivo ."

Fornito dalla Società europea di microbiologia clinica e malattie infettive