La infección de microbios intestinales con virus cargados con CRISPR demuestra potencial para la edición de genes del microbioma
Escherichia coli (E. coli) bacteria. Crédito: Universidad de California, San Francisco.
Por primera vez, los investigadores de la UC San Francisco han utilizado con éxito el sistema de edición de ADN, CRISPR, para alterar los genomas de las bacterias que viven en las entrañas de los mamíferos, un desarrollo que sigue avanzando. nuestra comprensión del microbioma y eventualmente podría allanar el camino para el tratamiento de enfermedades relacionadas con el intestino.
En el estudio histórico, publicado este mes en la revista Cell Reports, los investigadores pudieron eliminar fragmentos de genes de la bacteria Escherichia coli que vive en los intestinos de los ratones y cambiar la composición general de las comunidades bacterianas que pueblan sus sistemas digestivos. .
«Hemos demostrado la primera edición genética estable dentro del microbioma intestinal de un mamífero», dijo Peter Turnbaugh, Ph.D., profesor de Microbiología e Inmunología. «Este es el punto de partida para tratar de diseñar bacterias dentro del intestino».
Actualmente, los investigadores y los médicos que desean alterar el microbio intestinal tienen opciones extremadamente limitadas. La intoxicación alimentaria bacteriana y problemas similares se pueden tratar con antibióticos de amplio espectro, por ejemplo, pero estos medicamentos terminan matando muchos microbios «buenos» junto con los malos. Los trasplantes fecales también se han utilizado con la esperanza de volver a sembrar un microbioma saludable en pacientes con ciertas infecciones y enfermedades gastrointestinales. Pero los médicos no pueden estar seguros de que los microbios introducidos lograrán superar a las comunidades bacterianas existentes en el paciente, lo que significa que el tratamiento no siempre es exitoso.
Por lo tanto, la modificación de las bacterias que ya prosperan en el sistema digestivo será clave enfoque en la investigación y el tratamiento de problemas de salud relacionados con el microbioma en el futuro, dice Turnbaugh. La alteración directa de los genomas de los microbios en el intestino introduciría un nivel de precisión en los tratamientos del microbioma que aún no ha sido posible.
«Ser capaz de alterar el ADN de los microbios que ya están en el intestino puede permitirnos estudiar el microbioma de una manera más controlada que antes», dijo Turnbaugh. «Realmente nos da la oportunidad de hacer preguntas importantes sobre la salud y la enfermedad».
El estudio de Turnbaugh se centró en la E. coli, una bacteria que se encuentra naturalmente en el intestino, pero que tiene mala reputación porque ciertas cepas pueden causar intoxicación alimentaria. Una aplicación útil de la edición genética de precisión en el microbioma intestinal sería atacar las cepas dañinas de E. coli sin alterar las útiles.
Para este estudio, los investigadores querían saber si podían usar la edición genética. herramienta para apuntar y matar una cepa de E. coli mientras deja otra sola. El equipo de Turnbaugh usó un virus, llamado M13, para inyectar un sistema CRISPR-Cas9 en las células de una cepa específica de E. coli, donde comenzó a cortar segmentos de ADN.
Los resultados fueron impresionantes. . Antes de que se introdujera el sistema CRISPR-Cas9, la cepa objetivo era más prominente en las muestras fecales recolectadas de los ratones en el experimento. Sin embargo, después de la edición de genes, la cepa objetivo comenzó a desaparecer rápidamente. Después de dos semanas, representaba solo el uno por ciento de la población celular monitoreada.
Una clave para el éxito del estudio fue el uso de una forma diseñada de M13, un virus que ataca naturalmente a la E. coli pero no lo hace. típicamente sobreviven bien dentro del sistema digestivo. Para resolver ese problema, Turnbaugh y sus colegas empalmaron un gen de resistencia a los antibióticos en el ADN que M13 enviaría a las células que infectaba, lo que permitió que el virus y el sistema CRISPR-Cas9 que transportaba se propagaran más fácilmente.
Turnbaugh imagina que algún día podría usarse un enfoque similar para promover el crecimiento de bacterias intestinales «buenas» en humanos. Por ejemplo, si los investigadores editaran genes en ciertas cepas bacterianas para permitir que las bacterias se alimenten de nutrientes raros, una persona podría obtener cierto control sobre la mezcla de microbios que prosperan en su intestino simplemente agregando grandes cantidades de esos nutrientes a su dieta. En primer lugar, dijo, los investigadores deberán ampliar la lista de virus en su conjunto de herramientas y experimentar cómo la alteración de los miembros individuales del microbioma afecta a la población de bacterias en general.
«El sueño es que pueda elegir qué cepas específicas en su intestino o incluso genes individuales que desea promover o eliminar», dijo Turnbaugh. «Estamos realmente entusiasmados con lo lejos que pudimos impulsar esto en E. coli. Con suerte, conducirá a herramientas similares para otros miembros de la microbiota intestinal».
Explore más
Definición de un microbioma saludable Más información: Kathy N. Lam et al, Phage-delivered CRISPR-Cas9 para el agotamiento específico de la cepa y las deleciones genómicas en el microbioma intestinal, Cell Informes (2021). DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109930 Información de la revista: Cell Reports
Proporcionado por la Universidad de California, San Francisco Cita: Infecting intestinal microbes with CRISPR-loaded virus demuestra potencial para la edición de genes de microbiomas (24 de noviembre de 2021) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-11-infecting-gut-microbes-crispr-loaded-virus.html Este documento está sujeto a derechos de autor . Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.