Преодоление устойчивости грибов к лекарственным средствам: новый генный механизм, нацеленный на грибковый патоген, позволяет идентифицировать регуляторы вирулентности и потенциальные будущие комбинированные методы лечения

Микробиологи сталкиваются с огромными трудностями в своем стремлении бороться с лекарственной устойчивостью C. albicans и образованием биопленок. Каждый микроб C. albicans является «диплоидным» организмом, поскольку обычно содержит две копии всего своего генома и всех кодируемых в нем генов.

Однако, чтобы понять роль, которую играет конкретный ген, исследователи должны иметь возможность удалять обе копии одновременно, позволяя им наблюдать эффекты полного отсутствия гена, что было сложной задачей для C. albicans. Кроме того, гены часто играют очень похожие, а иногда и повторяющиеся роли во многих процессах, включая устойчивость к лекарствам и образование биопленок, а это означает, что необходимо удалить более одного гена, чтобы идентифицировать те гены, функции которых связаны.Чтобы подойти к проблеме удаления гена у C. albicans, совместная группа под руководством Джеймса Коллинза и Джорджа Черча, двух основных преподавателей Гарвардского института биологической инженерии Висса, разработала платформу «генного драйва» на основе CRISPR-Cas9 для создания диплоидов. штаммы патогена, в которых можно эффективно удалить обе копии гена. Этот метод может проложить путь к лучшему пониманию механизмов устойчивости к лекарствам и биопленкообразования, а благодаря будущим исследованиям он может помочь точно определить новые лекарственные цели и комбинированные методы лечения.

Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.Команда воспользовалась недавно обнаруженной очень редкой «гаплоидной» формой C. albicans, которая, как и другие грибы, содержит только один набор хромосом с одной копией каждого гена, но их можно скрестить, чтобы легко создать диплоидную форму. . «Мы использовали гаплоидные штаммы C. albicans и заменили гены, которые мы хотели устранить, на« генный драйв », который мы ранее разработали и адаптировали к конкретной биологии C. albicans.

После спаривания эти« эгоистичные генетические элементы »начинают заменять — нормальная копия гена диплоидных грибов », — сказал Черч, доктор философии, профессор генетики в Гарвардской медицинской школе и медицинских наук и технологий в Гарварде и Массачусетском технологическом институте. «Подход сработал настолько эффективно, что позволил нам даже удалять пары разных генов одновременно с более высокой пропускной способностью и исследовать, связаны ли их функции».Новый подход к управлению генами основан на системе CRISPR-Cas9, в которой фермент Cas9, расщепляющий ДНК, нацелен на две области, фланкирующие ген в гаплоидных грибах C. albicans, двумя так называемыми направляющими РНК (гРНК). После того, как целевая генная последовательность вырезана, на ее место вставляется сконструированная кассета генного привода, экспрессирующая все компоненты Cas9 и gRNA.

Когда два гаплоидных гриба спариваются с образованием диплоидного потомства, генный драйв также заменяет аналог гена в другой хромосоме, эффективно удаляя исходную версию из организма.Применяя свой подход к делеции генов, команда смогла идентифицировать комбинации генов, которые действуют синергетически, противодействуя определенным лекарствам или вызывая образование биопленок. «Например, удаление либо двух генов CDR1 и CDR2, кодирующих отводящую помпу, либо TPO3 и CDR2 вместе, сделало C. albicans очень чувствительным к флуконазолу и другим противогрибковым препаратам, предполагая, что нацеливание на два механизма одновременно может помочь преодолеть лекарственную устойчивость. , — сказала Ребекка Шапиро, доктор философии, научный сотрудник команды Коллинза. Шапиро объединился с Алехандро Чавесом, доктором философии, в качестве первых соавторов публикации. Чавес — бывший научный сотрудник, работавший с Черч энд Коллинз; Сейчас он доцент Колумбийского университета в Нью-Йорке. «В анализах образования биопленок мы также обнаружили, что потеря гена фактора адгезии ALS3 синергетически сочетается с потерей нескольких других генов фактора адгезии, что делает его сильно взаимосвязанным центром адгезии биопленок и интересным кандидатом для дальнейшего изучения».

Исследование предлагает новые возможности для понимания сложной территории патогенеза и лекарственной устойчивости C. albicans. «Теперь мы можем гораздо лучше понять, как организованы генетические сети, лежащие в основе вирулентности C. albicans, увидеть, как они реагируют на определенные нарушения окружающей среды и лекарственные препараты, и тем самым выявить новые уязвимости, которые в будущем могут привести к созданию нового лекарственного препарата. мишеней и комбинированной терапии ", — сказал Коллинз, доктор философии, который также является профессором медицинской инженерии в Термире. Наука в Массачусетском технологическом институте (MIT) и профессор биологической инженерии в MIT. «Более того, наша платформа массива генного привода может быть схемой для аналогичных подходов к другим грибковым патогенам, таким как недавно появившийся Candida auris, который обладает высокой лекарственной устойчивостью и уже был отмечен Центрами по контролю и профилактике заболеваний как угроза. ""Это симбиотическое сотрудничество между руководителями факультетов двух технологических платформ Института Висс, Джимом Коллинзом и Джорджем Черчем, привело к важному новому пониманию биологии этого инфекционного грибкового патогена и того, как он развивает устойчивость, а также к открытию совершенно нового "путь к разработке более эффективных противогрибковых методов лечения", — сказал директор-основатель Института Висса Дональд Ингбер, доктор медицины, доктор философии, который также является профессором сосудистой биологии Джуды Фолкман в HMS и программе сосудистой биологии в Бостонской детской больнице, а также Профессор биоинженерии SEAS.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *