Construire une meilleure arme contre les bactéries
Les antibiotiques sont des composés qui peuvent tuer les bactéries. De nombreux antibiotiques sont produits naturellement par les bactéries elles-mêmes comme ils sont en concurrence pour la nourriture ou de l'espace de vie avec d'autres espèces bactériennes. Au fil du temps, les bactéries qui sont toujours exposés aux antibiotiques seront sous pression sélective pour développer une résistance à eux; les membres de la population qui sont plus résistantes seront celles de reproduire plus souvent.
Les espèces bactériennes se reproduisent très rapidement par rapport aux êtres humains, conduisant à une évolution rapide au sein des espèces. Dans de bonnes conditions, par exemple, l'intestin bactérie commune Escherichia coli peut se reproduire en trente minutes. Les bactéries peuvent également échanger des gènes de résistance aux antibiotiques par l’intermédiaire d’un processus connu sous le nom de transfert horizontal de gènes. Cela signifie que si la résistance aux antibiotiques se développe dans une espèce bactérienne dans un milieu, il y a une bonne chance d’autres bactéries peuvent ramasser que la résistance aussi bien. Il est un problème pour les êtres humains si les agents pathogènes bactériens, à travers cette évolution rapide, développent une résistance aux antibiotiques que nous utilisons pour les tuer.
En outre, il y a des bactéries dans votre corps qui peut être bon pour vous, et réaliser des fonctions qui sont importantes pour le maintien de la santé. Antibiotiques actuels ne peuvent pas faire la différence entre les pathogènes et ces bactéries bénéfiques, et juste essuyer les tous indistinctement. Cela peut conduire à d’autres problèmes médicaux. Par exemple, on pense que l’utilisation d’antibiotiques excessive peut ensuite conduire à des problèmes avec dysbiose intestinale, une composition d'espèces bactériennes dans l'intestin qui est associé à des problèmes de santé.
Ce que nous avons besoin est pas un tas de nouvelles, des antibiotiques plus forts. Nous avons besoin d'antibiotiques plus intelligents, ceux capables de cibler uniquement des bactéries pathogènes, tout en laissant les non-pathogènes seuls, et ceux qui les bactéries pathogènes ne peuvent pas facilement développer une résistance à. Pendant longtemps, cet objectif semblait impossible, jusqu'à la découverte de systèmes CRISPR-Cas dans les bactéries.
En utilisant les propres systèmes immunitaires des bactéries contre eux
Les bactéries sont constamment exposées à des virus appelés phage. Ces virus spécifiques aux bactéries injectent leurs propres gènes dans les cellules bactériennes, dans l’espoir de coopter le mécanisme interne des bactéries pour produire plus de phage. En réponse à ces attaques, les bactéries ont mis au point un système de défense roman impliquant CRISPRs, court pour cluster répète régulièrement intercalées courtes palindromiques dans l’ARN et des protéines CRISPR associées (protéines Cas). Il existe différents types de molécules d'ARN dans les cellules bactériennes qui remplissent des fonctions différentes, principalement liées à la régulation du fonctionnement des gènes. Les ARN contenant CRISPR-sont également produites naturellement comme un moyen de modifier le fonctionnement de l’invasion des gènes viraux.
Les systèmes CRISPR-Cas se trouvent naturellement dans les bactéries et agissent en tant que partie du système immunitaire bactérien. Pour résumer, un réseau de machines à l'intérieur de la cellule bactérienne fonctionne pour produire des molécules d'ARN qui contiennent ces séquences CRISPR. Les séquences CRISPR flanquent sections d'ARN qui correspondent à attaquer les gènes de phages. Les séquences d'ARN contenant CRISPR-peuvent se lier à envahir les gènes de phages. Ensuite, les enzymes Cas se lient aux CRISPRs et coupent le gène phage ciblé, le rendant inactif et incapable d'aider à faire plus de particules virales - ce qui arrête l'infection.
Alors que les systèmes CRISPR-cas ont évolué dans les bactéries, l'ARN et les enzymes utilisées dans ces systèmes peuvent fonctionner dans des cellules animales et végétales ainsi. La découverte que nous pouvons utiliser ces systèmes pour faire sur mesure adaptés outils génome édition qui travaillent dans nos cellules a conduit à une explosion de l’activité de recherche visant à essayer de trouver de meilleures façons de traiter les maladies génétiques. Par exemple, la recherche récente fournit la preuve de principe pour le concept chez la souris. Parce qu'il est facile de concevoir l’ARN, les gens sont en train de faire ARNs contenant CRISPR-synthétiques qui ciblent des gènes d'intérêt et de les utiliser avec des enzymes Cas, qui est de savoir comment ce type de montage du génome personnalisé peut travailler.
CRISPR-Cas ouvre de nouvelles voies pour lutter contre les agents pathogènes
Systèmes CRISPR-Cas ont quelques avantages par rapport aux antibiotiques existants. D'une part, il est possible d'utiliser la spécificité des systèmes CRISPR-Cas de les concevoir pour cibler une seule espèce bactérienne. Ils peuvent être produits à ce point précis, ils ne découpent des gènes essentiels de cette seule espèce, même lorsque les espèces cibles sont mélangées avec les autres.
Ils ont aussi un avantage quand il vient d'éviter la résistance aux antibiotiques. Des gènes anti-CRISPR (par exemple, des gènes qui inactivent les protéines Cas) ont été identifiés dans le phage, mais pas dans les bactéries. Il serait difficile - voire impossible - pour une bactérie d'évoluer résistance à un système CRISPR-Cas d'une bactérie pathogène. Pour ce faire, il faudrait détruire les molécules impliquées dans son propre système immunitaire, un geste suicidaire.
Et comme nous en apprendre davantage sur la façon dont ces systèmes CRISPR-Cas fonctionnent, nous pouvons synthétiser de nouvelles molécules qui font encore mieux que celles produites naturellement par les bactéries.
Systèmes CRISPR-Cas ont quelques chicots
Actuellement expériences publiées exigent des bactéries choquantes avec l’électricité pour les amener à prendre des molécules CRISPR spécialement conçus (conçus pour attaquer les bactéries spécifiques) sur une échelle suffisamment grande pour être efficace. Ce n’est clairement pas une option pour les infections bactériennes chez les personnes! Le système CRISPR-Cas ne peut pas fonctionner à moins CRISPRs peuvent être livrés d'une manière qui est à la fois sans danger pour le traitement des personnes et obtient suffisamment de molécules à l’intérieur des cellules bactériennes pour assurer les bactéries pathogènes ciblés sont tués.
Certains chercheurs travaillent avec des systèmes CRISPR-Cas dans des phages génétiquement modifiés - ". Phagemides" soi-disant Ils utilisent ces virus phagemides que les systèmes de distribution pour injecter des espèces bactériennes une cible avec des machines CRISPR-Cas qui peut détruire des gènes bactériens essentiels pour la survie. Cette voie de recherche est prometteuse, mais pas parfait, car les bactéries peuvent développer une résistance à ces phages plus facilement que ce qu'ils peuvent pour le système CRISPR-Cas injecté lui - même. Et si une bactérie cible est résistante à l’infection par un phagemide, le phagemide ne peut pas livrer sa cargaison. En outre, il n'y a pas de phage à large spectre qui cible un large éventail d'agents pathogènes bactériens que nous pouvons facilement modifier pour fournir des systèmes CRISPR-Cas à de nombreux types de bactéries.
Espoir pour l'avenir
Les scientifiques vont continuer à chercher d'autres options ou d'autres découvertes qui peuvent surmonter ces obstacles. Les systèmes CRISPR-Cas pourraient être une arme puissante contre les pathogènes, en mesure de garder les communautés bactériennes «bonnes» intacte tout en offrant une protection contre les bactéries pathogènes qui ont toujours en proie à l'humanité.
