A resistência aos antibióticos (RA) aumentou rapidamente nos últimos anos, tornando-se uma grave emergência de saúde global. As bactérias causadoras de doenças estão em constante adaptação, encontrando novas maneiras de sobreviver aos tratamentos que antes as erradicaram. Como resultado, estão a espalhar-se mais “superbactérias” resistentes aos medicamentos, e as estimativas dizem que até 2050 poderão ser responsáveis por mais de 10 milhões de mortes em todo o mundo todos os anos.
Estas bactérias perigosas crescem frequentemente em hospitais, estações de tratamento de águas residuais, explorações pecuárias 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 atingir diretamente a resistência aos antibióticos.
Estratégia de impulso genético CRISPR visando resistência
Os professores da Escola de Ciências Biológicas da UC San Diego, Ethan Beer e Justin Meyer, se uniram para desenvolver uma nova maneira de remover características de resistência de populações bacterianas. A sua abordagem baseia-se na edição genética CRISPR e toma emprestadas ideias de genes orientados, que são utilizados em insectos para prevenir a propagação de características prejudiciais, como os parasitas transmissores da malária.
A equipe desenvolveu um sistema de genética pró-ativa (pró-Ag) de segunda geração chamado pPro-MobV. Esta tecnologia atualizada foi projetada para se espalhar pelas comunidades bacterianas e desativar genes que as tornam resistentes aos antibióticos.
“Com o pPro-MobV, trazemos o pensamento genético dos insetos para as bactérias como uma ferramenta de engenharia populacional”, disse Beer, membro do corpo docente do Departamento de Biologia Celular e do Desenvolvimento. “Com esta nova tecnologia baseada em CRISPR, podemos pegar algumas células e neutralizar a ARK numa grande população-alvo”.
Como os cassetes genéticos restauram a sensibilidade aos antibióticos
A base deste trabalho começou em 2019, quando o laboratório de Bier fez parceria com a equipe do professor Victor Nijet (Escola de Medicina da UC San Diego) para projetar o sistema Pro-AG original. Essa versão anterior introduziu um cassete genético na bactéria, permitindo que ela se copiasse no genoma bacteriano e desligasse genes de resistência a antibióticos.
Este cassete tem como alvo específico genes de resistência transportados em plasmídeos, que são pequenas moléculas circulares de DNA que se replicam dentro das células bacterianas. Ao inserir-se nestes plasmídeos, a cassete perturba 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 essa ideia ao usar a transferência conjugal, um processo semelhante ao acasalamento bacteriano, para transferir elementos CRISPR de uma célula para outra. De acordo com descobertas publicadas na revista Nature NPJ Antimicrobials and Resistance, os pesquisadores mostraram que o sistema pode viajar através de um canal natural de acasalamento formado entre bactérias, distribuindo elementos que desativam a resistência por toda a população.
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 erradicar com métodos normais de limpeza. 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 esta razão, a nova abordagem pode ter aplicações importantes em hospitais, esforços de limpeza ambiental e engenharia de microbiomas.
“O contexto do biofilme é particularmente importante no combate à resistência aos antibióticos porque é uma das formas mais desafiadoras de crescimento bacteriano a superar na clínica ou em ambientes fechados, como lagoas aquaform e estações de tratamento de esgoto”, diz Beer. “Se conseguirmos reduzir a propagação dos animais para os seres humanos, podemos ter um impacto significativo no problema da resistência aos antibióticos, porque estima-se que cerca de metade dela venha do ambiente”.
Emparelhando CRISPR com bacteriófagos
Os pesquisadores também descobriram que elementos de seu sistema genético ativo poderiam ser transportados por bacteriófagos, ou vírus fagos que infectam bactérias naturalmente. Os fagos já estão sendo desenvolvidos para combater a resistência aos antibióticos, evitando as defesas bacterianas passadas e entregando material genético perturbador às células. A equipe prevê que o pPro-MobV trabalhe com este fago projetado para potencializar o efeito.
Como salvaguarda adicional, a plataforma pode incluir um processo conhecido como remoção baseada em homologia, que permite aos cientistas remover a cassete genética inserida, 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 combater a sua propagação”, disse Meyer, professor do Departamento de Ecologia, Comportamento e Evolução que estuda a adaptação evolutiva de bactérias e vírus.
