Sistema CRISPR revolucionário pode reverter a crise da resistência a antibióticos
A resistência a antibióticos (RA) tem aumentado rapidamente nos últimos anos, tornando-se uma grave emergência de saúde global. Bactérias causadoras de doenças estão constantemente se adaptando, encontrando novas maneiras de sobreviver a tratamentos que antes as eliminavam. Como resultado, “superbactérias” resistentes a medicamentos estão se espalhando, e projeções indicam que até 2050 elas poderiam ser responsáveis por mais de 10 milhões de mortes anualmente em todo o mundo.
Essas bactérias perigosas frequentemente prosperam em hospitais, instalações de tratamento de águas residuais, operações de criação de gado e fazendas de peixes. Em resposta a essa ameaça crescente, cientistas estão recorrendo a tecnologias genéticas avançadas. Pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego estão utilizando novas ferramentas de edição genética para combater diretamente a resistência a antibióticos.
Estratégia de Gene Drive CRISPR Enfrenta a Resistência
Os professores Ethan Bier e Justin Meyer da Escola de Ciências Biológicas da UC San Diego se uniram para criar uma nova forma de eliminar características de resistência em populações bacterianas. A abordagem deles se baseia na edição genética CRISPR e utiliza conceitos de gene drives, que são aplicados em insetos para bloquear a disseminação de características prejudiciais, como os parasitas que transmitem a malária.
A equipe desenvolveu um sistema de Pro-Genética Proativa (Pro-AG) de segunda geração chamado pPro-MobV. Esta tecnologia atualizada foi projetada para se espalhar por comunidades bacterianas e desativar os genes que conferem resistência a antibióticos.
“Com o pPro-MobV, trouxemos a ideia do gene drive de insetos para bactérias como uma ferramenta de engenharia populacional,” afirmou Bier, membro da Faculdade de Biologia Celular e do Desenvolvimento. “Com essa nova tecnologia baseada em CRISPR, podemos pegar algumas células e deixá-las neutralizar a RA em uma grande população-alvo.”
Como o Cassete Genético Restaura a Sensibilidade a Antibióticos
A base para esse trabalho começou em 2019, quando o laboratório de Bier se juntou à equipe do professor Victor Nizet (Escola de Medicina da UC San Diego) para projetar o sistema original Pro-AG. Essa versão anterior introduziu um cassete genético nas bactérias, permitindo que ele se copiasse entre os genomas bacterianos e desativasse os genes de resistência a antibióticos.
Esse cassete tem como alvo genes de resistência que estão presentes em plasmídeos, que são pequenas moléculas de DNA circulares que se replicam dentro das células bacterianas. Ao se inserir nesses plasmídeos, o cassete perturba os genes de resistência e torna as bactérias vulneráveis novamente aos antibióticos.
Disseminação Através de Biofilmes e Acasalamento Bacteriano
O novo sistema pPro-MobV amplia esse conceito utilizando a transferência conjugal, um processo semelhante ao acasalamento bacteriano, para mover componentes CRISPR de uma célula para outra. De acordo com os dados publicados na revista Nature npj Antimicrobials and Resistance, os pesquisadores demonstraram que o sistema pode viajar através de um canal de acasalamento natural formado entre bactérias, distribuindo os elementos que desativam a resistência entre as populações.
Importante destacar que a equipe mostrou que esse método é eficaz dentro de biofilmes. Biofilmes são comunidades densas de microrganismos que aderem a superfícies e são notoriamente difíceis de eliminar com métodos de limpeza padrão. Estão envolvidos na maioria das infecções graves e ajudam as bactérias a sobreviver ao tratamento com antibióticos formando uma barreira protetora que limita a penetração dos medicamentos. Por isso, essa nova abordagem pode ter aplicações significativas em hospitais, esforços de limpeza ambiental e engenharia do microbioma.
“O contexto do biofilme para combater a resistência a antibióticos é particularmente importante, uma vez que essa é uma das formas mais desafiadoras de crescimento bacteriano a ser superada na clínica ou em ambientes fechados, como poços de aquicultura e estações de tratamento de esgoto,” disse Bier. “Se você puder reduzir a transmissão de animais para humanos, poderá ter um impacto significativo no problema da resistência a antibióticos, já que se estima que cerca da metade dela venha do ambiente.”
Combinando CRISPR com Bacteriófagos
Os pesquisadores também descobriram que elementos de seu sistema genético ativo podem ser transportados por bacteriófagos, ou fagos, vírus que naturalmente infectam as bactérias. Fagos já estão sendo projetados para combater a resistência a antibióticos ao superar as defesas bacterianas e entregar material genético disruptivo nas células. A equipe imagina que o pPro-MobV funcione em conjunto com esses fagos projetados para potencializar o impacto.
Como uma medida de segurança adicional, a plataforma pode incluir um processo conhecido como deleção baseada em homologia, que permite aos cientistas remover o cassete genético inserido se necessário.
“Essa tecnologia é uma das poucas que conheço que pode reverter ativamente a disseminação de genes resistentes a antibióticos, em vez de apenas desacelerar ou lidar com a sua propagação,” afirmou Meyer, professor no Departamento de Ecologia, Comportamento e Evolução, que estuda as adaptações evolutivas de bactérias e vírus.
