Tekniken kan påskynda identifieringen av resistensdeterminanter för multimedicinresistenta (MDR) patogener och utvecklingen av nya antiresistensstrategier.
Forskningen öppnade en ny väg för att genomiskt redigera dessa vilda bakteriearter och isolat, såsom de med klinisk och miljömässig betydelse och de som bildar humant mikrobiom. Det gav också en ram för att utnyttja andra CRISPR-Cas-system som är utbredda inom prokaryota genomer och utöka de CRISPR-baserade verktygslådorna. Forskningen har publicerats i den ledande vetenskapliga tidskriften Nukleinsyraforskning .
CRISPR-Cas-systemet omfattar det adaptiva immunsystemet i prokaryoter som avväpnar invaderande virus genom att klyva deras DNA. På grund av dess unika förmåga att rikta in och ändra DNA -sekvenser, CRISPR-Cas har utnyttjats som nästa generations genomredigeringsmetod.
Metoden är baserad på klass 2 CRISPR/Cas9 -system av typ II, som har revolutionerat genetik och biomedicinsk forskning i en uppsjö av organismer och tilldelades 2020 Nobelpriset i kemi. Dock, klass 2 CRISPR-Cas-systemen representerar endast ∼10% av CRISPR-Cas-systemen som är naturligt kodade i prokaryoter. Deras applikationer för att redigera bakteriella genom är ganska begränsade.
Anmärkningsvärt, CRISPR-Cas-system som tillhör olika klasser och typer identifieras kontinuerligt, och de fungerar som en djup reservoar för expansion av CRISPR-baserade verktygssatser. De mest mångsidiga och mest spridda CRISPR-Cas-systemen är typ I-systemet som står för 50% av alla identifierade CRISPR-Cas-system och har potential att utöka de CRISPR-baserade verktygslådorna med distinkta fördelar som inte är tillgängliga med klass 2-systemen, såsom hög specificitet, minimal off-targeting, och kan ta bort stora fragment.
Dock, typ I CRISPR-Cas-system är beroende av ett flerkomponenteffektorkomplex som kallas Cascade för att störa DNA som inte är lätt överförbart till heterologa värdar, hindrar den utbredda tillämpningen av dessa naturligt rikliga CRISPR för genomredigering och terapi.
Tidigare, laget har identifierat ett mycket aktivt typ I-F CRISPR-Cas-system i ett kliniskt multiresistent läkemedel P. aeruginosa stam PA154197 som isolerades från ett blodomloppsinfektionsfall på Queen Mary Hospital. De kännetecknade detta CRISPR-Cas-system och utvecklade framgångsrikt en genomredigeringsmetod som är tillämplig i MDR-isolatet baserat på detta inbyggda typ I-F CRISPR-Cas-system. Metoden möjliggjorde snabb identifiering av resistensdeterminanterna för MDR-kliniska isolatet och utvecklingen av en ny antiresistensstrategi ( Cellrapporter , 2019, 29, 1707-1717).
För att övervinna barriären för att överföra den komplexa typ I -kaskaden till heterologa värdar, i den här studien, laget klonade hela typ I-F cas operon i en integrationskunnig vektor mini-CTX och levererade kassetten till heterologa värdar genom konjugering, en vanlig DNA -överföringsmetod. Mini-CTX-vektorn möjliggjorde integrering av hela kaskaden på de bevarade attB genetiskt lokus i de heterologa värdarnas genom, gör det möjligt för dem att ha ett "native" typ I-F CRISPR-Cas-system som kan uttryckas stabilt och fungera.
Teamet visade att den överförda typ I-F Cascade uppvisar en betydligt större DNA-störningskapacitet och högre stamstabilitet än det överförbara Cas9-systemet och kan användas för genomredigering med effektivitet (> 80%) och enkelhet, dvs genom en ett-stegs transformation av en enda redigeringsplasmid.
Vidare, de utvecklade ett avancerat överförbart system som innehåller både en mycket aktiv typ I-F Cascade och ett rekombinas för att främja tillämpningen av systemet i stammar med en dålig homolog rekombinationskapacitet, vild P. aeruginosa isolerar utan genomsekvensinformation, och i andra Pseudomonas arter.
Slutligen, de introducerade typ I-F Cascade-generna kan lätt avlägsnas från värdgenomen genom I-F Cascade-medierad deletion av stora DNA-fragment, vilket resulterar i oskadlig genomredigering i värdcellerna. Tillämpningen av det överförbara systemet för genförtryck demonstrerades också, belyser de robusta och mångsidiga tillämpningarna av det utvecklade överförbara I-F CRISPR-systemet.
Dr Aixin Yan förutspådde att denna nya metod kommer att utvidgas till att redigera inte bara patogener utan också mikrobiom för att främja människors hälsa.
Vi tror att CRISPR-baserad teknik och terapier kommer att ge nya förhoppningar till överlägsna superbuggar i framtiden . "
Dr Aixin YAN, Docent, Forskningsavdelningen för molekylär och cellbiologi, Naturvetenskapliga fakulteten, University of Hong Kong
Studien belyser orsakerna till försvagande tarmvärk
Övre endoskopi
Lungmikrobiom förutspår allvarlighetsgraden av COVID-19
En typ av tarmbakterier kan öka risken för tarmcancer
Forskare utvinner fullständigt mänskligt genom från ett tusentals år gammalt "tuggummi"
Bestämning av syranutraliserande kapacitet för OTC-antacida
Nytt verktyg för att dechiffrera tarmmikrobiomet
De miljontals bakterier som bor i tarmen spelar en mycket viktig roll för hälsa och sjukdom. Dock, en ständig fråga har varit bristen på förståelse för den faktiska sammansättningen av det friska huma
Vanlig genetisk variant förklarar varför immunterapi ofta misslyckas vid Crohns sjukdom
Anledningen till att ett vanligt förekommande läkemedel inte är effektivt hos vissa patienter som lever med Crohns sjukdom har hittills inte identifierats. Dock, ett samarbete mellan University of Exe
Plast som nu vanligtvis finns i människors avföring
Nästan åtta miljarder ton plast hittar sin väg i haven varje år. Denna enorma mängd plast tvättar antingen i land eller bryts ner i små bitar som är mindre än 5 millimeter i diameter och kallas mikrop