A resistência aos antibióticos (RA) aumentou rapidamente nos últimos anos e tornou-se uma grave emergência de saúde global. As bactérias causadoras de doenças continuam a se adaptar, encontrando novas maneiras de sobreviver aos tratamentos que antes as eliminavam. Como resultado, estão a espalhar-se mais “superbactérias” resistentes aos medicamentos, e estima-se que até 2050 possam causar mais de 10 milhões de mortes em todo o mundo todos os anos.
Estas bactérias perigosas prosperam frequentemente em hospitais, estações de tratamento de águas residuais, explorações pecuárias e pisciculturas. Para combater esta ameaça crescente, os cientistas estão a recorrer a tecnologias genéticas avançadas. Os pesquisadores da UC San Diego estão agora usando novas e poderosas ferramentas de edição de genes para combater diretamente a resistência aos antibióticos.
Estratégia de impulso genético CRISPR visa resistência a medicamentos
Os professores Ethan Bier e Justin Meyer, da Escola de Ciências Biológicas da UC San Diego, se uniram para criar uma nova maneira de eliminar assinaturas resistentes a medicamentos em populações bacterianas. A sua abordagem baseia-se na edição genética CRISPR e no conceito de impulsos genéticos, que são utilizados em insectos para impedir a propagação de características prejudiciais, como os parasitas transmissores da malária.
A equipe desenvolveu um sistema Pro-Active Genetics (Pro-AG) de segunda geração, denominado pPro-MobV. Esta tecnologia mais recente visa espalhar-se através de comunidades bacterianas e desativar genes que as tornam resistentes aos antibióticos.
“Com o pPro-MobV, introduzimos o gene drive pensando em insetos em bactérias como uma ferramenta de engenharia populacional”, disse Bier, membro do corpo docente do Departamento de Biologia Celular e do Desenvolvimento. “Através desta nova tecnologia baseada em CRISPR, podemos extrair algumas células e deixá-las neutralizar a RA num grande número de pessoas-alvo.”
Como um cassete genético restaura a sensibilidade aos antibióticos
A base para este trabalho começou em 2019, quando o laboratório de Bier colaborou com o grupo do professor Victor Nizet (Escola de Medicina da UC San Diego) para projetar o sistema Pro-AG original. Versões anteriores introduziram cassetes de genes em bactérias que lhes permitiram copiar-se entre genomas bacterianos e desligar genes de resistência a antibióticos.
Este cassete tem como alvo específico genes de resistência transportados em plasmídeos, que são pequenas moléculas circulares de DNA que se replicam dentro de células bacterianas. Ao se inserir nesses plasmídeos, o cassete interrompe os genes de resistência, tornando a bactéria novamente suscetível aos antibióticos.
Transmitido através de biofilmes e acasalamento bacteriano
O sistema pPro-MobV mais recente amplia esse conceito usando transferência conjugativa, um processo semelhante ao acasalamento bacteriano, para transferir componentes CRISPR de uma célula para outra. De acordo com descobertas publicadas na revista Antimicrobial Agents and Resistance in Nature, os pesquisadores demonstraram que este sistema pode distribuir elementos com deficiência de resistência nas populações através de canais naturais de acasalamento formados entre bactérias.
É importante ressaltar que a equipe demonstrou que esta abordagem funciona dentro de biofilmes. Os biofilmes são comunidades densas de microrganismos que aderem às superfícies e são notoriamente difíceis de remover com métodos de limpeza padrão. Eles estão envolvidos nas infecções mais graves e ajudam as bactérias a sobreviver aos tratamentos com antibióticos, formando uma barreira protetora que limita a penetração dos medicamentos. Por causa disso, esta nova abordagem pode ter aplicações importantes em hospitais, esforços de limpeza ambiental e engenharia de microbiomas.
“Combater ambientes de biofilme resistentes a antibióticos é particularmente importante porque esta é uma das formas mais desafiadoras de crescimento bacteriano a ser superada em ambientes fechados, como clínicas ou lagos de aquicultura e estações de tratamento de águas residuais”, disse Beal. “Se for possível reduzir a transmissão de animais para humanos, poderá ter um impacto significativo no problema da resistência aos antibióticos, uma vez que se estima que cerca de metade dela provém do ambiente”.
Pares CRISPR com fagos
Os pesquisadores também descobriram que elementos de seu sistema genético ativo podem ser transportados por fagos ou vírus fagos que infectam bactérias naturalmente. Os fagos foram projetados para combater a resistência aos antibióticos, rompendo as defesas bacterianas e entregando material genético prejudicial às células. A equipe prevê que o pPro-MobV trabalhe junto com esses fagos projetados para aumentar o impacto.
Como proteção adicional, a plataforma pode incluir um processo denominado exclusão baseada em homologia, que permite aos cientistas excluir cassetes de genes inseridos, se necessário.
“Que eu saiba, esta tecnologia é uma das poucas maneiras de reverter ativamente a propagação de genes de resistência a antibióticos, em vez de apenas retardar ou conter a sua propagação”, disse Meyer, professor do Departamento de Ecologia, Comportamento e Evolução que estuda adaptações evolutivas em bactérias e vírus.
