Genetisch gemodificeerde bacteriën die met de CRISPR-techniek zijn bewapend, kunnen antibioticaresistente infecties bestrijden. Ook kunnen ze dokters helpen om het microbioom van patiënten aan te passen.
Onderzoekers hebben een goedaardige bacterie uitgerust met een kunstmatig, op DNA-bewerkingstechniek CRISPR gebaseerd wapen. Zo zijn ze erin geslaagd om een schadelijke bacterie uit het spijsverteringssysteem van muizen te verwijderen en daarbij alle andere microben onbeschadigd te laten.
Deze benadering biedt een nieuwe manier om antibioticaresistente infecties in het spijsverteringsstelsel en de huid te bestrijden, zegt Sebastian Rodrigue, hoogleraar microbiologie aan de Universiteit van Sherbrooke in Canada. Ook kan het aanpassen van het microbioom helpen bij de behandeling van een breed scala aan ziektes.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Anderen hebben al laten zien dat dit werkt voor cellen die in petrischaaltjes gekweekt worden. Het team van Rodrigue heeft dit voor het eerst succesvol op dieren getest. ‘En als het op muizen werkt, zou het ook voor andere dieren moeten werken, inclusief mensen’, zegt hij.
Conjugatieve plasmiden
CRISPR is bekend van het knippen en plakken van genen, maar je kan het ook zo programmeren dat het bacteriën die bepaalde stukjes DNA bezitten uitschakelt. Het lastige hieraan is dat je het CRISPR-systeem in elke bacterie die je wilt uitschakelen moet zien te krijgen. ‘De echte uitdaging is het op de juiste plek krijgen van de CRISPR-systemen’, zegt Rodrigue.
Een van de manieren waarop je dit voor elkaar kunt krijgen, werkt met behulp van cirkelvormige stukjes DNA in bacteriën, genaamd ‘conjugatieve plasmiden’. Deze stukjes DNA dragen genen met zich mee die ervoor zorgen dat ze worden doorgegeven aan andere bacteriën via een proces genaamd conjugatie.
Rodrigues team testte een hoop verschillende conjugatieve plasmiden op een veelvoorkomende groep bacteriën om uit te zoeken welke zichzelf het succesvolst transporteert. De onderzoekers bewerkten de winnaar vervolgens in een lab om die nog efficiënter te maken.
Het team koppelde deze genen vast aan een CRISPR-systeem gericht op een antibioticaresistente variant van de E. colibacterie. Vervolgens stopten de onderzoekers de plasmide in een ongevaarlijke bacterie die als probiotica diende. Toen de met CRISPR bewapende bacteriën bij de muizen werden ingebracht, doodden ze in vier dagen 99,9 procent van de E. colibacteriën.
Daarna focuste het team zich op een bacterie genaamd Citrobacter rodentium die de darmen van geïnfecteerde muizen beschadigt. De met CRISPR bewapende probiotische bacterie genas de infecties in vier dagen. ‘Het vernietigde de Citrobacter rodentium volledig’, zegt Rodrigue.
Het team test de methode nu op varkens. Hier kan het misschien een alternatief bieden voor antibiotica, waar boeren veel gebruik van maken.
Veiligheid
Maar er kleven ook potentiële risico’s aan efficiënte conjugatieve plasmiden, zegt Chavez. Als er iets fout gaat, verspreiden de plasmiden misschien de ongewenste genen.
Om er zeker van te zijn dat zoiets niet kan gebeuren, is Rodrigue van plan ervoor te zorgen dat de plasmiden na de behandeling niet blijven voortbestaan. Een manier om dit te doen, is door de genen te verwijderen die de plasmiden moeten kopiëren, zodat die snel uitsterven.
Een andere manier laat het CRISPR-systeem de plasmiden met een bepaalde vertraging vernietigen – een getimede zelfmoord. ‘Dat is de volgende stap op het gebied van veiligheid’, zegt Rodrigue.
De met CRISPR bewapende probiotische bacteriën werken in de praktijk als een zeer selectieve antibiotica. Op elke plek in het lichaam waar bacteriën kunnen overleven, van de huid tot de blaas, zouden ze gebruikt kunnen worden voor de behandeling van infecties.
Bovendien worden veel medische aandoeningen, van kanker tot de ziekte van Crohn, in verband gebracht met veranderingen in het microbioom, zegt Rodrigue. Het is vaak niet duidelijk of deze veranderingen oorzaak of gevolg zijn.
Gereedschap dat het microbioom kan veranderen zal helpen dit uit te zoeken, en kan leiden tot nieuwe behandelingen. ‘We zouden dit kunnen gebruiken om ervoor te zorgen dat het microbioom de gezondheid ondersteunt in plaats van dat het een gunstige omgeving biedt aan ziekmakers’, zegt Rodrigue.
