Medikamenten-resistenten Mikroben könnten eines Tages von " programmierbare " Antibiotikum besiegt werden

Die Vielzahl der Mikroben Wissenschaftler haben festgestellt, das Auffüllen der menschlichen Körper gut, schlecht und meist mysteriöse Auswirkungen auf unsere Gesundheit. Aber wenn etwas schief geht, haben wir uns mit der unterschiedslosen Gewalt der traditionellen verteidigen Antibiotika , Die auslöschen alles auf einmal , ungeachtet der Konsequenzen .


Rockefeller University Forscher kolonisiert Mäusehaut mit einer Mischung aus Bakterienzellen , etwas gegen das Antibiotikum Kanamycin . Sie machten die resistenten Zellen leuchten (links) und behandelt die Mischung mit einem Enzym , das gezielt und abgetötet meisten resistenten Zellen (rechts).
Bildnachweis: Marraffini Lab und FISCHETTI Lab / Nature Biotechnology

Forscher an der Rockefeller University und ihre Mitarbeiter auf eine intelligentere Arbeits Antibiotikum . Und in der Forschung in Nature Biotechnology veröffentlicht , beschreibt das Team eine " programmierbare " Antibiotika- Technik, die selektiv auf die bösen Bugs , insbesondere solche beherbergen Antibiotika-Resistenzgene , während andere , mehr unschuldige Mikroben allein.

" In Experimenten , die Beauftragung eines bakteriellen Enzyms , wie Cas9 bekannt ist, um eine bestimmte DNA-Sequenz gezielt und schneiden Sie es bis es uns gelungen ", sagt der leitende Forscher Luciano Marraffini , Leiter des Labors für Bakteriologie . " Dieser selektive Ansatz lässt die gesunden mikrobiellen Gemeinschaft intakt und unsere Experimente deuten darauf hin , dass dadurch können Sie Widerstand im Zaum zu halten und so verhindern, dass bestimmte Arten von Sekundärinfektionen , wodurch zwei ernsthafte Gefahren, die mit der Behandlung von klassischen Antibiotika verbunden sind. "

Der neue Ansatz könnte zum Beispiel das Risiko von C. diff , einer schweren Infektion des Dickdarms, durch das Bakterium Clostridium difficile verursacht werden, die bei längerer Kurse von harten Antibiotika verbunden ist und ein wachsendes Gesundheitsproblem .

Die Cas9 Enzym ist Teil eines Verteidigungssystems , die Bakterien zu verwenden , um sich vor Viren zu schützen. Das Team kooptiert dieses bakteriellen Version eines Immunsystems, als CRISPR ( Cluster regelmäßig beabstandeten kurzen palindromischen Repeats ) System bekannt und stellte sich gegen einige der Mikroben. CRISPR Systeme enthalten einzigartigen genetischen Sequenzen genannte Abstandshalter , die zu Sequenzen in Viren entsprechen . CRISPR -assoziierten Enzyme, einschließlich Cas9 , verwenden Sie diese Spacer-Sequenzen als Führer zu identifizieren und zu zerstören virale Eindringlinge .

Die Forscher waren in der Lage, Cas9 auf Ziele ihrer Wahl durch technische Spacer-Sequenzen , um bakterielle Gene dann Einsetzen diese Sequenzen in eine Zelle zusammen mit dem Cas9 Gens entsprechen lenken. Eigenen Maschinen der Zelle dreht sich dann auf dem System. Je nach der Lage des Ziels in einer Bakterienzelle kann Cas9 Zelltod führt , oder es kann das Zielgen auszurotten. In einigen Fällen kann eine Behandlung einer Zelle aus dem Erwerb Beständigkeit verhindern , fanden sie .

" Wir haben bereits gezeigt, dass , wenn Cas9 mit einem Target aus einem Bakteriengenom programmiert , wird es die Bakterien auf diese Arbeit zu töten. Gebäude , wählten wir Führungssequenzen , die es uns ermöglicht, einen bestimmten Stamm von Mikroben aus einer Mischpopulation selektiv töten" , sagt der erste Autor David Bikard , ein ehemaliger Postdoc Rockefeller , der jetzt am Institut Pasteur in Paris.

In ersten Experimenten Bikard und Kollegen gezielt eine Belastung des gemeinsamen Haut und Atmungs Bakterien Staphylococcus aureus , die resistent gegen das Antibiotikum Kanamycin ist . Behandlung durch Cas9 programmiert, um einen Teil des Resistenzgen tötete die meisten resistenten Staph abzielen, aber hinter dem Kanamycin - empfindlich Staph gelassen .

Gezielte bakterielle Völkermord ist nur eine Option . Bakterien gemeinsam Gene , einschließlich derjenigen, das Arzneimittelresistenz verleiht , in Form von Ringen aus DNA wie Plasmide bekannt. In einer zweiten Versuchsreihe einge Forscher Cas9 auf Tetracyclinresistenz- Plasmide in einem Stamm, der potentiell tödlich multiresistenten Bakterien Staphylococcus aureus ( MRSA ) . Nicht nur, dass die resistenten Zellen empfindlich auf Tetracyclin nach Cas9 zerstört die Plasmide , aber die Ankunft Cas9 in anderen Staph Zellen handelte als der Immunisierung von Nahme Widerstand tragenden Plasmiden verhindern, dass sie .

Und in einer letzten Gruppe von Experimenten , in Zusammenarbeit mit Vincent FISCHETTI Labor für bakterielle Pathogenese und Immunologie durchgeführt wurde, bestätigt Adjunct Faculty Mitglied Chad Euler ihre Reagenzglas Ergebnisse auf lebende Haut , indem Sie Cas9 selektiv töten Kanamycin-resistenten Staph Infektion der rasierten Rücken von Mäusen.

Trotz der vielversprechenden Ergebnisse , braucht die Liefersystemverbesserung. Die Forscher verwendeten Bakterien - infizierenden Viren zu injizieren die programmierten Cas9 Enzyme in den Zellen der Bakterien , aber diese Viren nur bestimmte Arten von Zellen angreifen. Wissenschaftler müssen einen weniger diskriminierenden Art der Lieferung entwickeln , bevor die Technologie kann verwendet werden, um eine neue Klasse von Antibiotika zu entwickeln , sagt Marraffini .

Neben ihr Potential als neue dringend benötigte Waffe gegen arzneimittelresistente Mikroorganismen konnte das neue System auch zur Erforschung der komplexen Populationen von Mikroben im Körper, über die nur sehr wenig bekannt ist, vorzuschieben . " Es gibt enorme mikrobieller Gemeinschaften im menschlichen Körper ", sagt Marraffini . " Programmierbare Cas9 Enzyme können machen es möglich, diese Bevölkerungsgruppen , indem ihre Mitglieder , eine nach der anderen , und die Untersuchung der Auswirkungen zu analysieren. "