En los últimos años, han surgido nuevas cepas de bacterias que resisten incluso los antibióticos más potentes y, cada año, estas superbacterias, incluyendo las formas resistentes a los fármacos de la tuberculosis y el estafilococo, infectan a más de dos millones de personas en todo Reino Unido y matan a unos 230.000. A pesar de la necesidad urgente de nuevos tratamientos, los científicos han descubierto muy pocas nuevas clases de antibióticos en la última década.
Los detalles del trabajo, dirigido por Timothy Lu, profesor asociado de Ingeniería Biológica, Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación, se explican en un artículo que se publica en la edición de este domingo de 'Nature Biotechnology'. El mes pasado, el laboratorio de Lu informó de un enfoque diferente para combatir las bacterias resistentes mediante la identificación de combinaciones de genes que trabajan juntos para hacer que las bacterias sean más susceptibles a los antibióticos.
Lu espera que ambas tecnologías den lugar a nuevos fármacos para ayudar a combatir la creciente crisis planteada por las bacterias resistentes a los medicamentos. "Es un momento muy crucial en el que hay cada vez menos nuevos antibióticos disponibles, pero cada vez más resistencia a los antibióticos en evolución -lamenta--. Hemos estado interesados en encontrar nuevas formas para combatir la resistencia a los antibióticos y con estos trabajos ofrecemos dos estrategias diferentes para hacerlo".
La mayoría de los antibióticos funcionan al interferir con las funciones esenciales, como la división celular o la síntesis de proteínas. Sin embargo, algunas bacterias, como MRSA ('Staphylococcus aureus' resistente a la meticilina) y organismos CRE (enterobacterias resistentes a carbapenem), han evolucionado hasta convertirse en prácticamente intratables con los medicamentos existentes.
En esta nueva investigación, los estudiantes de posgrado Robert Citorik y Mark Mimee trabajaron con Lu para controlar genes específicos que permiten a las bacterias sobrevivir al tratamiento con antibióticos. El sistema de edición del genoma de CRISPR presenta la estrategia perfecta para ir tras esos genes.
CRISPR, descubierto originalmente por los biólogos que estudian el sistema inmunológico bacteriano, implica un conjunto de proteínas que las bacterias utilizan para defenderse de los bacteriófagos (virus que infectan bacterias). Una de estas proteínas, una enzima de ADN de corte llamada Cas9, se une a las cadenas cortas de guía de ARN que se dirigen a secuencias específicas, indicando a Cas9 dónde debe hacer sus recortes.
Lu y sus colegas decidieron convertir a las propias bacterias en armas en su contra. Para ello, diseñaron sus hebras guía de ARN para que se dirijan a genes de resistencia a los antibióticos, incluyendo la enzima NDM-1, que permite que las bacterias resistan una amplia gama de antibióticos beta-lactámicos, incluyendo carbapenems. Los genes que codifican NDM-1 y otros factores de resistencia a los antibióticos se forman, por lo general, en los plásmidos, filamentos circulares de ADN separado del genoma bacteriano, haciendo más fácil que se propaguen a través de las poblaciones.
Cuando los científicos convirtieron el sistema de CRISPR contra NDM-1, lograron matar específicamente más de 99 por ciento de las bacterias portadoras de NDM-1, mientras que los antibióticos a los que son resistentes las bacterias no indujeron una destrucción significativa. También dirigieron con éxito otro gen que confiere resistencia a los antibióticos que codifica SHV-18, una mutación en el cromosoma bacteriano que proporciona resistencia a antibióticos de quinolona, y un factor de virulencia en la 'E. Coli' enterohemorrágica.
Además, los investigadores demostraron que el sistema CRISPR podría emplearse para eliminar selectivamente las bacterias específicas de diversas comunidades bacterianas en función de sus características genéticas, lo que abre la posibilidad de que "la edición microbioma" vaya más allá de las aplicaciones antimicrobianas.
Para obtener los componentes de CRISPR en bacterias, los investigadores crearon dos vehículos de reparto: bacterias diseñadas que portan genes CRISPR en plásmidos y partículas de bacteriófagos que se unen a la bacteria e inyectan los genes. Ambos transportadores expandieron con éxito los genes CRISPR a través de la población de bacterias resistentes a los medicamentos. La dispensación del sistema CRISPR en larvas waxworm infectadas con una forma dañina de 'E. Coli' provocó un aumento de la supervivencia de las larvas.
Los investigadores están probando este método en ratones y creen que, con el tiempo, esta tecnología podría adaptarse para suministrar los componentes de CRISPR con el fin de tratar infecciones o eliminar otras bacterias no deseadas en pacientes humanos.
Otra herramienta desarrollada por Lu para combatir la resistencia a los antibióticos es una tecnología llamada 'CombiGEM', descrita el pasado 11 de agosto en 'Proceedings of the National Academy of Sciences' y que permite a los científicos buscar rápida y sistemáticamente las combinaciones genéticas que sensibilizan a las bacterias a los diferentes antibióticos.
