میکروب‌های متعدد یافت شده در بدن انسان می‌توانند اثرات خوب، بد و در بیشتر اوقات ناشناخته ای بر سلامت ما داشته باشند. اما هنگامی که با بیماری مواجه می‌شویم بدون توجه به عواقب کار، از خود توسط دفاع شدید و خشن آنتی بیوتیکی محافظت کرده و همه میکروب‌ها را از بین می‌بریم. برای حل این مشکل محققان دانشگاه Rockefeller و همکارانشان در حال کار بر روی آنتی‌بیوتیک‌های باهوش هستند.
در ادامه مطلب با بیونت همراه باشید
در بررسی که نتایج آن در مجله Nature Biotechnology به چاپ رسیده است این گروه آنتی بیوتیک قابل برنامه ریزی را معرفی کرده اند که می‌تواند به صورت انتخابی عوامل بیماری زا (به خصوص آنهایی که دارای ژن‌های مقاومت آنتی بیوتیکی هستند) را هدف قرار داده و به میکروب‌های مفید ضرری نرساند.
سرپرست آزمایشگاه باکتری شناسی و محقق اصلی این طرح دکتر Luciano Marraffini می‌گوید:
" ما موفق شدیم یک آنزیم باکتریایی به نام Cas9 را در آزمایشگاه برنامه ریزی کرده و یک توالی DNA اختصاصی را هدف قرار داده و برش دهیم. این روش انتخابی باعث سالم ماندن جمعیت میکروبی مفید می‌شود. آزمایشات ما مشخص کرد که با استفاده از این روش و باقی ماندن میکروب‌های مفید از بیماری‌های ثانویه محافظت خواهیم شد. در نتیجه دو ضرر اصلی (از بین رفتن میکروب‌های مفید و احتمال بیماری‌های ثانویه) که به وسیله درمان با آنتی بیوتیک‌های قدیمی ایجاد می‌شد از میان می‌رود."
به عنوان مثال، این روش جدید می‌تواند خطر ابتلا به Clostridium Difficile که باعث آلودگی روده شده و به دلیل استفاده بیش از اندازه آنتی بیوتیک‌ها به صورت یک عامل نگران کننده جدید ظاهر شده است را از میان بر می‌دارد.
آنزیم Cas9 بخشی از سیستم دفاعی باکتری‌ها بر علیه عوامل ویروسی است. این گروه از این سیستم ایمنی باکتریایی به نام (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) CRISPR استفاده کرده و از آن بر علیه بعضی میکروب‌ها استفاده کردند. سیستم‌های CRISPR دارای توالی‌های ژنتیکی منحصر به فردی به نام فاصله انداز (spacer) می‌باشند که همانند توالی‌های ویروسی هستند. آنزیم‌های همراهی کننده CRISPR شامل Cas9 از این توالی‌های فاصله انداز به عنوان راهنمایی برای شناسایی و تخریب مهاجم‌های ویروسی استفاده می‌کنند.
این محققان توانسته اند Cas9 را با استفاده از مهندسی ژنتیک و تغییر توالی فاصله انداز با ژن‌های باکتریایی و سپس انتقال آنها به درون سلول، به سمت هدف‌های انتخابی هدایت کنند. پس از انتقال، ماشین عملکردی خود سلول این سیستم را روشن می‌کند. بر اساس محل هدف در ژنوم یک سلول باکتریایی، Cas9 می‌تواند سلول را کشته یا ژن هدف را از بین ببرد. این گروه همچنین متوجه شدند که در بعضی موارد این روش درمانی می‌تواند از به دست آوردن مقاومت توسط باکتری جلوگیری کند.
نویسنده اول این مقاله David Bikard که اکنون از دانشگاه Rockfeller به پژوهشکده پاستور در پاریس منتقل شده است می‌گوید:
"ما نشان داده بودیم که اگر Cas9 به وسیله یک توالی هدف از ژنوم باکتریایی برنامه ریزی شود، باکتری را خواهد کشت. بر پایه این یافته‌ها ما توالی‌های راهنمایی را انتخاب کردیم که به صورت انتخابی بتوانند یک سویه خاص میکروبی را در میان جمعیت میکروبی از بین ببرند."
در آزمایشات اولیه، Bikard و همکارانش سویه ای از باکتری تنفسی و پوستی معمول به نام Staphylococcus aureus را که مقاومت نسبت به آنتی بیوتیک کانامایسین داشت هدف قرار دادند. درمان به وسیله Cas9 برنامه ریزی شده برای هدف قرار دادن بخشی از ژن مقاومت، بیشتر Staphهای مقاوم را از میان برداشت اما Staphهای حساس به کانامایسین را باقی گذاشت.
کشنده‌های ژنتیکی (genocide) باکتریایی هدفمند، تنها یکی از گزینه‌های کاربردی می‌باشند. باکتری‌ها ژن‌هایی شامل آنهایی که مقاومت دارویی ایجاد می‌کنند را از طریق DNAهای حلقوی به نام پلازمیدها با هم به اشتراک می‌گزارند. در مرحله دوم آزمایشات، محققان Cas9 را برای هدف قرار دادن پلازمید ایجاد مقاومت نسبت به تتراسایکلین در یک سویه کشنده و مقاوم به داروی (MRSA) Staphylococcus aureus برنامه ریزی کردند. نه تنها سلول‌های مقاوم پس از بین رفتن پلازمیدها به تتراسایکلین حساس شدند بلکه رسیدن Cas9 به دیگر سلول‌های Staph از دریافت پلازمید‌های ایجاد مقاومت به وسیله آن باکتری‌ها جلوگیری می‌کرد.
در آزمایشات نهایی که با همکاری آزمایشگاه آسیب شناسی باکتریایی و ایمنی شناسی Vincent Fischetti انجام شد، دکتر Chad Euler نتایج حاصل از این بررسی را بر روی پوست زنده تایید کرد. این کار با استفاده از Cas9 برای کشتن انتخابی Staphهای مقاوم به کانامایسین بر روی پوست موش انجام شد.
علی رقم نتایج قابل قبول، این سیستم انتقال نیازمند بهینه سازی‌هایی می‌باشد. محققان از ویروس‌های آلوده کننده باکتری‌ها برای تزریق آنزیم Cas9 به درون سلول‌های باکتریایی استفاده کرده اند اما این ویروس‌ها تنها گونه‌های خاصی از سلول‌ها را مورد حمله قرار می‌دهند. پیش از اینکه بتوان از این تکنیک برای ایجاد آنتی بیوتیک‌های جدید استفاده کرد، دانشمندان باید یک روش غیر اختصاصی تر انتقال را ابداع کنند.
علاوه بر توانایی این سیستم به عنوان یک سلاح کارا تر بر ضد میکروب‌های دارای مقاومت دارویی، این روش می‌تواند برای تحقیقات پیشرفته بر روی جمعیت‌های پیچیده میکروب‌های بدن که در مورد آنها اطلاعات کمی وجود دارد نیز به کار رود.
دکتر Marraffini می‌افزاید:
" جمعیت‌های میکروبی متعددی در بدن انسان وجود دارند. آنزیم‌های برنامه ریزی شده Cas9 می‌توانند بررسی این جمعیت‌ها را با حذف یک به یک اعضای آنها و مشاهده تاثیر آن، ممکن سازند."
منبع: Nature Biotechnology