A resistência aos antibióticos (RA) aumentou rapidamente nos últimos anos, tornando-se uma grande emergência de saúde pública global. As bactérias patogênicas estão em constante adaptação, encontrando novas maneiras de sobreviver aos tratamentos que antes as eliminavam. Como resultado, estão a espalhar-se “superbactérias” cada vez mais resistentes aos medicamentos, e as projecções mostram que até 2050 poderão ser responsáveis por mais de 10 milhões de mortes em todo o mundo todos os anos.
Estas bactérias perigosas prosperam frequentemente em hospitais, estações de tratamento de esgotos, criação de animais e pisciculturas. Em resposta a esta ameaça crescente, os cientistas estão a recorrer a tecnologia genética avançada. Pesquisadores da Universidade da Califórnia, em San Diego, estão agora usando novas e poderosas ferramentas de edição genética para combater diretamente a resistência aos antibióticos.
Estratégia CRISPR Gene Drive visa resistência
Os professores Ethan Beer e Justin Meyer, da Escola de Ciências Biológicas da Universidade da Califórnia, em San Diego, uniram-se para criar uma nova forma de remover a resistência das populações bacterianas. A sua abordagem baseia-se na edição genética CRISPR e toma emprestado o conceito de impulsos genéticos utilizados em insectos para bloquear a propagação de características prejudiciais, como os parasitas que transmitem a malária.
A equipe desenvolveu um sistema Pro-Active Genetics (Pro-AG) de segunda geração chamado pPro-MobV. Esta tecnologia atualizada foi projetada para se espalhar pelas comunidades bacterianas e desativar os genes que as tornam resistentes aos antibióticos.
“Com o pPro-MobV, transferimos o pensamento genético dos insetos para as bactérias como uma ferramenta de engenharia populacional”, disse Beer, professor do Departamento de Biologia Celular e do Desenvolvimento. “Com esta nova tecnologia baseada em CRISPR, podemos pegar algumas células e deixá-las ir para neutralizar a RA em uma grande população-alvo”.
Como um cassete genético restaura a sensibilidade aos antibióticos
A base para este trabalho foi lançada em 2019, quando o laboratório de Bier colaborou com a equipe do professor Victor Nizet (Universidade da Califórnia, Escola de Medicina de San Diego) para desenvolver o sistema Pro-AG original. Esta versão anterior introduziu uma cassete genética na bactéria, permitindo-lhe copiar-se entre genomas bacterianos e desligar genes de resistência a antibióticos.
Este cassete tem como alvo específico genes de resistência armazenados em plasmídeos, que são pequenas moléculas circulares de DNA que se replicam dentro das células bacterianas. Quando inserido nesses plasmídeos, o cassete destrói os genes de resistência e torna as bactérias novamente vulneráveis aos antibióticos.
Disseminação através de biofilmes e acasalamento bacteriano
O novo sistema pPro-MobV amplia este conceito ao usar a transferência conjugal, um processo semelhante ao acasalamento bacteriano, para mover componentes CRISPR de uma célula para outra. De acordo com os resultados publicados na revista Nature npj Antimicrobials and Resistance, os pesquisadores demonstraram que o sistema pode navegar pelo canal natural de acasalamento formado entre as bactérias, distribuindo elementos que incapacitam a resistência entre as populações.
É importante ressaltar que a equipe mostrou que esse método funciona dentro de biofilmes. Os biofilmes são comunidades densas de micróbios que se aderem às superfícies e são notoriamente difíceis de remover com métodos de limpeza padrão. Eles estão envolvidos na maioria das infecções graves e ajudam as bactérias a sobreviver ao tratamento com antibióticos, formando uma barreira protetora que limita a facilidade com que os medicamentos podem penetrar. Por causa disso, a nova abordagem poderá ter aplicações importantes em hospitais, remediação ambiental e engenharia de microbiomas.
“O contexto do biofilme para combater a resistência aos antibióticos é particularmente importante porque é uma das formas mais desafiadoras de crescimento bacteriano a superar na clínica ou em espaços confinados, como lagos de aquicultura e estações de tratamento de esgoto”, disse Beer. “Se pudéssemos reduzir a propagação dos animais para os humanos, poderíamos ter um impacto significativo no problema da resistência aos antibióticos, já que se estima que cerca de metade dela provém do ambiente”.
Combinando CRISPR com bacteriófagos
Os pesquisadores também descobriram que elementos de seu sistema genético ativo podem ser transportados por vírus bacteriófagos, ou fagos, que infectam bactérias naturalmente. Os fagos já estão sendo desenvolvidos para combater a resistência aos antibióticos, escapando das defesas bacterianas e entregando material genético perturbador às células. A equipe prevê que o pPro-MobV trabalhará em conjunto com esses fagos projetados para amplificar os efeitos.
Como medida adicional de segurança, a plataforma pode incluir um processo conhecido como exclusão baseada em homologia, que permite aos cientistas excluir um cassete genético inserido, se necessário.
“Esta tecnologia é uma das poucas formas que conheço que podem reverter ativamente a propagação de genes de resistência a antibióticos, em vez de apenas retardar ou lidar com a sua propagação”, disse Meyer, professor do Departamento de Ecologia, Comportamento e Evolução que estuda as adaptações evolutivas de bactérias e vírus.
