NCSU, Locus Biosciences bruger genredigering til at eliminere patogen, der forårsager colitis
Udgivelsesdato:RALEIGH – Forskning ved North Carolina State University viser, at CRISPR-Cas-systemet kan bruges til effektivt at målrette og eliminere specifikke tarmbakterier, i dette tilfælde Clostridioides difficile, patogenet, der forårsager colitis - en kronisk, degenerativ sygdom i tyktarmen.
I en proof-of-concept undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet mBio, var forskere i stand til at vise patogenreduktioner i eksperimenter udført både på laboratoriebænken og i mus.
Mikrobiologer fra to forskellige NC State colleges gik sammen med NC State startup virksomhed Locus Biosciences at teste effektiviteten af at bruge en virus kaldet en bakteriofag til at bære en programmerbar CRISPR til specifikt at målrette og eliminere C. difficile bakterier, en søge-og-ødelæg-mission, der lover menneskets tarmsundhed.
"Vi ønskede at konstruere fager med selvmålrettede CRISPR-nyttelaster og levere dem til tarmen af en organisme efter eget valg - i dette tilfælde en mus - for at have en gavnlig indvirkning på værtens sundhed og for at forhindre sygdom," sagde Rodolphe Barrangou, Todd R. Klaenhammer Distinguished Professor of Food, Bioprocessing and Nutrition Sciences ved NC State og co-korresponderende forfatter til et papir, der beskriver forskningen.
Medkorresponderende forfatter Casey M. Theriot, en assisterende professor i infektionssygdomme ved NC State, sagde, at brug - og overforbrug - af antibiotika øger modtageligheden for C. difficile infektion, da antibiotika udsletter både gode og dårlige bakterier i tarmen. Tilbagefald forekommer hos omkring 30% af humane patienter behandlet med et standardantibiotikum for at eliminere C. difficile.
"Vi er nødt til at målrette det præcise patogen uden at forstyrre resten af mikrobiomet, og det er, hvad denne tilgang gør," sagde hun.
CRISPR-teknologier er blevet brugt til præcist at fjerne eller skære og erstatte specifikke genetiske kodesekvenser i bakterier. CRISPR-metoden, der blev brugt i denne undersøgelse involverede Cas3-proteiner, der fungerede som et arkadespil Pac-Man, sagde Barrangou, der chomping C. difficile bakterier og forårsager omfattende DNA-skader.
I laboratoriet dræbte CRISPR-Cas-systemerne effektivt C. difficile bakterie. Derefter testede forskerne denne tilgang i mus inficeret med C. difficile. To dage efter CRISPR-behandlingen viste musene reduceret C. difficile niveauer, men disse niveauer voksede tilbage to dage senere.
“C. difficile er virkelig svært at arbejde med, deraf navnet, sagde Theriot.
"Dette var et positivt første skridt i en lang proces," sagde Barrangou. "Resultaterne af at bruge fager til at levere CRISPR-nyttelast åbner nye veje for andre infektionssygdomme og videre."
Næste trin omfatter omstilling af fagen for at forhindre C. difficile fra at vende tilbage efter det indledende effektive drab. Forskerne sagde, at fremtidigt arbejde også vil involvere udvikling af et bibliotek af forskellige fager til forskellige C. difficile stammer.
Arbejdet blev finansieret af Locus Biosciences. Barrangou var videnskabelig chef for virksomheden efter at have stiftet det. Theriot er en videnskabelig rådgiver for virksomheden. Hovedmedforfatter Kurt Selle arbejdede i Barrangous laboratorium som kandidatstuderende; hovedmedforfatter Joshua Fletcher arbejder i Theriot-laboratoriet som postdoc. Andre medforfattere omfatter Hannah Tuson, Daniel Schmidt, Lana McMillan, Gowrinarayani S. Vridhambal og David G. Ousterout fra Locus Biosciences; Alissa Rivera fra NC State; Stephanie Montgomery fra UNC-Chapel Hill; og Louis-Charles Fortier fra Universite de Sherbrooke i Canada.