NCSU, Locus Biosciences använder genredigering för att eliminera patogener som orsakar kolit
Publiceringsdatum:RALEIGH – Forskning vid North Carolina State University visar att CRISPR-Cas-systemet kan användas för att effektivt rikta in sig på och eliminera specifika tarmbakterier, i det här fallet Clostridioides difficile, patogenen som orsakar kolit – en kronisk, degenerativ sjukdom i tjocktarmen.
I en proof-of-concept-studie publicerad i tidskriften mBio, kunde forskare visa på minskningar av patogener i experiment som utfördes både på laboratoriebänken och på möss.
Mikrobiologer från två olika NC State högskolor samarbetade med NC State startup-företag Locus Biosciences att testa effektiviteten av att använda ett virus som kallas en bakteriofag för att bära en programmerbar CRISPR för att specifikt målinrikta och eliminera C. difficile bakterier, ett sök-och-förstör-uppdrag som lovar människors tarmhälsa.
"Vi ville konstruera fager med självinriktade CRISPR-nyttolaster och leverera dem till tarmen hos en organism - i det här fallet en mus - för att ha en gynnsam inverkan på värdhälsan och för att förebygga sjukdomar", säger Rodolphe Barrangou, Todd R. Klaenhammer Distinguished Professor of Food, Bioprocessing and Nutrition Sciences vid NC State och medförfattare till en artikel som beskriver forskningen.
Medförfattaren Casey M. Theriot, biträdande professor i infektionssjukdomar vid NC State, sa att användning – och överanvändning – av antibiotika ökar känsligheten för C. difficile infektion, eftersom antibiotika utplånar både bra och dåliga bakterier i tarmen. Återfall inträffar hos cirka 30% av mänskliga patienter som behandlas med ett standardantibiotikum för att eliminera C. difficile.
"Vi måste rikta in oss på den exakta patogenen utan att störa resten av mikrobiomet, och det är vad det här tillvägagångssättet gör," sa hon.
CRISPR-teknologier har använts för att exakt ta bort eller skära ut och ersätta specifika genetiska kodsekvenser i bakterier. CRISPR-metoden som användes i den här studien involverade Cas3-proteiner som fungerade som ett arkadspel Pac-Man, sa Barrangou, chomping C. difficile bakterier och orsakar omfattande DNA-skador.
I labbet dödade CRISPR-Cas-systemen effektivt C. difficile bakterie. Efter det testade forskarna detta tillvägagångssätt på möss infekterade med C. difficile. Två dagar efter CRISPR-behandlingen visade mössen minskade C. difficile nivåer, men dessa nivåer växte tillbaka två dagar senare.
"C. difficile är verkligen svårt att arbeta med, därav namnet, säger Theriot.
"Detta var ett positivt första steg i en lång process," sa Barrangou. "Resultaten av att använda fager för att leverera CRISPR-nyttolaster öppnar nya vägar för andra infektionssjukdomar och bortom."
Nästa steg inkluderar omstrukturering av fagen för att förhindra C. difficile från att återvända efter det första effektiva dödandet. Forskarna sa att framtida arbete också kommer att innebära att utveckla ett bibliotek med olika fager för olika C. difficile stammar.
Arbetet finansierades av Locus Biosciences. Barrangou var chief scientific officer för företaget efter att ha varit med och grundat det. Theriot är en vetenskaplig rådgivare till företaget. Ledande medförfattare Kurt Selle arbetade i Barrangous labb som doktorand; ledande medförfattare Joshua Fletcher arbetar i Theriot-labbet som postdoktor. Andra medförfattare inkluderar Hannah Tuson, Daniel Schmidt, Lana McMillan, Gowrinarayani S. Vridhambal och David G. Ousterout från Locus Biosciences; Alissa Rivera från staten NC; Stephanie Montgomery från UNC-Chapel Hill; och Louis-Charles Fortier från Universite de Sherbrooke i Kanada.