NCSU en Locus Biosciences gebruiken genbewerking om ziekteverwekkers die colitis veroorzaken te elimineren
Datum gepubliceerd:RALEIGH – Onderzoek aan de North Carolina State University toont aan dat het CRISPR-Cas-systeem effectief kan worden gebruikt om specifieke darmbacteriën te targeten en te elimineren, in dit geval Clostridioides difficile, de ziekteverwekker die colitis veroorzaakt – een chronische, degeneratieve ziekte van de dikke darm.
In een proof-of-concept-studie gepubliceerd in het tijdschrift mBiokonden onderzoekers een vermindering van de pathogenen aantonen in experimenten die zowel in het laboratorium als op muizen werden uitgevoerd.
Microbiologen van twee verschillende hogescholen van NC State werkten samen met een startupbedrijf van NC State Locus Biowetenschappen om de effectiviteit te testen van het gebruik van een virus genaamd een bacteriofaag om een programmeerbare CRISPR te dragen om specifiek gericht te zijn op en te elimineren C. moeilijk bacteriën, een zoek- en vernietigingsmissie die veelbelovend is voor de gezondheid van de menselijke darmen.
"We wilden fagen ontwerpen met zelfgerichte CRISPR-ladingen en deze afleveren in de darmen van een organisme naar keuze - in dit geval een muis - om een gunstige impact te hebben op de gezondheid van de gastheer en om ziekten te voorkomen", aldus Rodolphe Barrangou, de Todd R. Klaenhammer Distinguished Professor of Food, Bioprocessing and Nutrition Sciences aan NC State en mede-corresponderende auteur van een paper waarin het onderzoek wordt beschreven.
Mede-corresponderende auteur Casey M. Theriot, assistent-professor infectieziekten aan de NC State, zei dat het gebruik – en overmatig gebruik – van antibiotica de vatbaarheid voor C. moeilijk infectie, omdat antibiotica zowel goede als slechte bacteriën in de darmen uitroeien. Terugvallen komen voor bij sommige 30% van menselijke patiënten die met een standaard antibioticum worden behandeld om C. moeilijk.
"We moeten ons richten op de precieze ziekteverwekker zonder de rest van het microbioom te verstoren, en dat is precies wat deze aanpak doet", zei ze.
CRISPR-technologieën zijn gebruikt om specifieke genetische codesequenties in bacteriën nauwkeurig te verwijderen of te knippen en te vervangen. De CRISPR-methode die in deze studie werd gebruikt, omvatte Cas3-eiwitten die werkten als een arcadespel Pac-Man, zei Barrangou, kauwend C. moeilijk bacteriën en veroorzaken grote schade aan het DNA.
In het laboratorium hebben de CRISPR-Cas-systemen effectief gedood C. moeilijk bacteriën. Daarna testten de onderzoekers deze aanpak bij muizen die waren geïnfecteerd met C. moeilijkTwee dagen na de CRISPR-behandeling vertoonden de muizen een verminderde C. moeilijk niveaus, maar die niveaus waren twee dagen later weer gestegen.
“C. moeilijk is echt moeilijk om mee te werken, vandaar de naam,” zei Theriot.
"Dit was een positieve eerste stap in een lang proces", aldus Barrangou. "De resultaten van het gebruik van fagen om CRISPR-ladingen te leveren, openen nieuwe wegen voor andere infectieziekten en meer."
De volgende stappen omvatten het herinrichten van de fage om te voorkomen C. moeilijk van het terugkeren na de eerste effectieve doding. De onderzoekers zeiden dat toekomstig werk ook het ontwikkelen van een bibliotheek van verschillende fagen voor verschillende C. moeilijk spanningen.
Het werk werd gefinancierd door Locus Biosciences. Barrangou was chief scientific officer van het bedrijf nadat hij het mede had opgericht. Theriot is een wetenschappelijk adviseur van het bedrijf. Hoofdauteur Kurt Selle werkte in Barrangou's lab als doctoraalstudent; hoofdauteur Joshua Fletcher werkt in het Theriot lab als postdoctoraal onderzoeker. Andere co-auteurs zijn Hannah Tuson, Daniel Schmidt, Lana McMillan, Gowrinarayani S. Vridhambal en David G. Ousterout van Locus Biosciences; Alissa Rivera van NC State; Stephanie Montgomery van UNC-Chapel Hill; en Louis-Charles Fortier van Universite de Sherbrooke in Canada.