A resistência a antibióticos (RA) tem aumentado rapidamente nos últimos anos, transformando-se em uma grave emergência de saúde global. As bactérias patogênicas estão sempre se adaptando, encontrando novas maneiras de sobreviver a tratamentos que anteriormente as erradicavam. Como resultado, estão se espalhando mais “superbactérias” resistentes e as projeções indicam que até 2050, elas poderão ser responsáveis por mais de 10 milhões de mortes anualmente em todo o mundo.
Essas bactérias perigosas geralmente prosperam em hospitais, estações de tratamento de águas residuais, operações de pecuária e fazendas de peixe. Como resposta a essa ameaça crescente, os cientistas estão recorrendo a tecnologias genéticas avançadas. Pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego estão utilizando poderosas novas ferramentas de edição genética para combater diretamente a resistência a antibióticos.
Estratégia de CRISPR com Gene Drive Enfrenta a Resistência
Os professores Ethan Bier e Justin Meyer da Escola de Ciências Biológicas da UC San Diego uniram esforços para criar uma nova maneira de remover características de resistência das populações bacterianas. Sua abordagem baseia-se na edição genética CRISPR e adapta conceitos de gene drives, utilizados em insetos para bloquear a disseminação de características prejudiciais, como os parasitas que transmitem a malária.
A equipe desenvolveu um sistema de Genética Proativa de segunda geração (Pro-AG) chamado pPro-MobV. Esta tecnologia atualizada é projetada para se espalhar por comunidades bacterianas e desativar os genes que conferem resistência aos antibióticos.
“Com o pPro-MobV, trouxemos o pensamento sobre gene drive de insetos para as bactérias como uma ferramenta de engenharia populacional,” disse Bier, membro do Departamento de Biologia Celular e Desenvolvimento. “Com esta 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 este trabalho começou em 2019, quando o laboratório de Bier se uniu à equipe do Professor Victor Nizet (Escola de Medicina da UC San Diego) para projetar o sistema Pro-AG original. Essa versão anterior introduziu um cassete genético em bactérias, permitindo que ele se copiasse entre genomas bacterianos e desligasse genes de resistência a antibióticos.
Esse cassete visa especificamente os genes de resistência carregados em plasmídeos, que são pequenas moléculas de DNA circular que se replicam dentro das células bacterianas. Ao se inserir nesses plasmídeos, o cassete interrompe os genes de resistência e torna as bactérias vulneráveis novamente aos antibióticos.
Disseminação através de Biofilmes e Cruzamento Bacteriano
O novo sistema pPro-MobV expande esse conceito utilizando transferência conjugal, um processo semelhante ao cruzamento bacteriano, para mover componentes do CRISPR de uma célula para outra. De acordo com descobertas publicadas 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 por meio das populações.
Importante ressaltar, a equipe mostrou que esse método funciona dentro de biofilmes. Biofilmes são comunidades densas de micróbios que aderem a superfícies e são notoriamente difíceis de eliminar 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 penetração dos medicamentos. Por isso, a nova abordagem pode ter aplicações importantes em hospitais, esforços de limpeza ambiental e engenharia do microbioma.
“O contexto do biofilme para combater a resistência a antibióticos é particularmente importante, pois esta é uma das formas de crescimento bacteriano mais desafiadoras de superar na clínica ou em ambientes fechados, como lagos de aquicultura e estações de tratamento de esgoto,” disse Bier. “Se pudéssemos reduzir a disseminação de animais para humanos, teríamos um impacto significativo no problema da resistência a antibióticos, já que cerca de metade dele é estimada como proveniente do meio ambiente.”
Combinando CRISPR com Bacteriófagos
Os pesquisadores também descobriram que os elementos de seu sistema genético ativo podem ser transportados por bacteriófagos, ou fagos, vírus que infectam naturalmente as bactérias. Os fágos já estão sendo projetados para combater a resistência a antibióticos, passando pelas defesas bacterianas e entregando material genético disruptivo nas células. A equipe imagina o pPro-MobV trabalhando em conjunto com esses fágos engenheirados para fortalecer o impacto.
Como uma medida adicional de segurança, 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 sua propagação,” disse Meyer, professor do Departamento de Ecologia, Comportamento e Evolução, que estuda as adaptações evolutivas de bactérias e vírus.
