CRISPR für bessere Antibiotika nutzen
Wirkstoffscreening mit Mobile-CRISPRi
Die Forscher zeigten, dass, wenn sie die Menge des Proteins verringerten, das durch ein Antibiotikum angegriffen wurde, das Bakterium viel empfindlicher auf die niedrigere Dosis des Wirkstoffs wurde - ein Beweis einer Verbindung zwischen Gen und Wirkstoff. Auf diese Weise können Tausende von Genen gleichzeitig als potenzielle Antibiotika-Ziele identifiziert werden, was den Wissenschaftlern hilft, zu lernen, wie Antibiotika wirken und wie sie verbessert werden können.
Um CRISPRi mobil zu machen, entwickelten die Forscher Methoden, um das System von gängigen Bakterienmodellen wie E. coli auf krankheitsverursachende Arten zu übertragen, die oft schwieriger zu untersuchen sind. Peters' Team wandte sich einem der natürlichen Wege zu, wie Bakterien DNA verknüpfen und austauschen, eine Art bakteriellen Geschlechtsverkehr, der als Konjugation bezeichnet wird. Der ehemalige UW-Madison Professor für Genetik Joshua Lederberg entdeckte die Konjugation, die ihm 1958 den Nobelpreis einbrachte.
"Man mischt die Bakterien im Grunde genommen zusammen und es passiert", sagt Peters über die Konjugation. "Nichts ist einfacher als das."
Mit Hilfe von Konjugation transferierte Peters' Team Mobile-CRISPRi unter anderem auf die Krankheitserreger der Stämme Pseudomonas, Salmonella, Staphylococcus und Listeria.
"Das bedeutet, dass man jetzt Studien darüber durchführen kann, wie Antibiotika direkt in diesen Krankheitserregern wirken", sagt Peters. "Das könnte uns einen besseren Hinweis darauf geben, wie diese Medikamente in den verschiedenen Organismen wirken und was wir möglicherweise tun können, um sie zu verbessern."
Der eigentliche Test für die Mobilität von Mobile-CRISPRi war der Käse.
Mit zunehmendem Alter des Käses kuratiert er seine eigene Mikrobenlandschaft. Die Wissenschaftler beginnen gerade erst, die immense Vielfalt an Bakterien und Pilzen an Käse zu untersuchen, die zu ihren komplexen Aromen beitragen. Eines dieser Bakterien, Vibrio casei, wurde 2010 von Peters' Mitarbeiterin Rachel Dutton von der University of California, San Diego, auf der Rinde eines französischen Käses gefunden.
Die Manipulation von Genen ist bei etablierten Laborbakterien wie E. coli einfach, aber es gibt oft keine Möglichkeit, Gene in Bakterien zu untersuchen, die kürzlich aus der Umwelt isoliert wurden, wie z.B. V. casei. Aber Mobile-CRISPRi konnte leicht in den Stamm übertragen werden und eröffnete neue Wege, um zu verstehen, wie sich die Bakterien ansiedeln und den Käse altern lassen. Als Proof-of-Concept schlägt V. casei vor, dass Mobile-CRISPRi für eine beliebige Anzahl von zuvor untersuchten Bakterien nützlich sein sollte, sowohl für diejenigen, die uns schaden, als auch für diejenigen, auf die wir uns verlassen.
Jetzt bietet Peters Mobile-CRISPRi auch anderen Forschern an, ihre Lieblingskeime zu untersuchen.
"Jetzt wird es also der Community vollständig zur Verfügung stehen", sagt Peters. "Das gibt den Menschen einen Weg nach vorne."
Originalveröffentlichung
Jason M. Peters, Byoung-Mo Koo, Ramiro Patino, Gary E. Heussler, Cameron C. Hearne, Jiuxin Qu, Yuki F. Inclan, John S. Hawkins, Candy H. S. Lu, Melanie R. Silvis, M. Michael Harden, Hendrik Osadnik, Joseph E. Peters, Joanne N. Engel, Rachel J. Dutton, Alan D. Grossman, Carol A. Gross & Oren S. Rosenberg; "Enabling genetic analysis of diverse bacteria with Mobile-CRISPRi"; Nature Microbiology; 2019