Microbiologie in hapklare porties
Detectie van CRKP-infecties met behulp van CRISPR-Cas9
De gram negatieve pathogene bacterie Klebsiella Pneumoniae (KP) is een van de belangrijkste oorzaken van ziekenhuisinfecties en door de gemeenschap opgelopen infecties (CA), zoals bloedbaaninfectie, longontsteking en urineweginfectie. In ziekenhuizen is een van de belangrijkste bronnen van overdracht van KP contact tussen personen tussen patiënten en zorgverleners, waarbij handen van zorgverleners de belangrijkste vorm van overdracht is.
De meest voorkomende infectieplaats voor KP zijn de urinewegen door de omgevingsomstandigheden waarin de bacterie vrij kan koloniseren. KP wordt vaak aangetroffen in water, grond, rioolwater en oppervlakken van planten. Zodra een persoon KP heeft overgedragen, groeit de bacterie bij mensen op oppervlakken die het mucosale oppervlak worden genoemd; een voorbeeld hiervan is de nasofarynx, het bovenste deel van de keel. Het grootste probleem met KP is echter dat de bacterie in toenemende mate resistent is tegen antibiotica en een mechanisme bevat dat de bacterie multi-drug resistent maakt tegen verschillende soorten antimicrobiële middelen. Gangbare ß-Lactammedicijnen zoals carbapenemantibiotica, die worden beschouwd als “laatste lijnsmiddelen” voor medische behandelingen van ernstige infecties veroorzaakt door gramnegatieve bacteriën, worden geleidelijk minder effectief door KP-stammen die resistent zijn tegen carbapenem (CRKP). Dit veroorzaakt een wereldwijd probleem voor de volksgezondheid. Zijn CRKP-stammen momenteel onverslaanbaar voor antibiotica of is er een andere vorm van behandeling die de bacterie kan overwinnen?
In de loop der jaren zijn wetenschappers erin geslaagd om een unieke vorm van technologie te gebruiken om delen van het DNA te verwijderen, te bewerken en te veranderen; dit geldt ook voor micro-organismen zoals bacteriën en virussen. CRISPR is een voorbeeld van genoombewerkingstechnologie die bestaat uit een eiwit dat wordt gebruikt om DNA te wijzigen of te muteren. Cas9-eiwitten worden veel gebruikt door wetenschappers, vooral omdat het eiwit kan worden geprogrammeerd om zich te richten op en te binden aan specifieke DNA-sequenties; dit gebeurt via de geleiding van een enkele streng DNA, ook bekend als RNA. Het Cas9-eiwit hecht zich aan het RNA, dat vervolgens langs de DNA-streng beweegt totdat het een sequentie van 20 basenparen detecteert en zich daaraan bindt, ook bekend als een 20-nt geleidesequentie, die overeenkomt met de RNA-sequentie. Zodra de sequentie is gedetecteerd, knipt het Cas9-eiwit de beoogde DNA-sequentie door en wordt het gen gerepareerd of gewijzigd.
Dus als de CRISPR-Cas methode wordt gebruikt voor genoombewerking, is de vraag die gesteld moet worden hoe effectief de technologie is bij het bewerken of wijzigen van microbiële genen zoals KP?
Volgens een onderzoek uit 2023 werd CRISPR-Cas13a in combinatie met een ander detectiesysteem genaamd PCR-amplificatie gebruikt om milieumonsters van KP te identificeren met behulp van kweekmedium om afzonderlijke kolonies te verkrijgen. De uitkomst van het experiment onthulde dat het CRISPR-Cas13a systeem na 24 uur in staat was om een lage concentratie monsters met een kweekkolonie kleiner dan 1 CFU/cm2 te detecteren, ook al werden er geen kolonies verkregen. Na 48 uur groeiden er echter meer kolonies op het medium.
| Genome Editing Technology | Number of detected CRKP Strains | Probability to detect CRKP strains |
| PCR-CRISPR-Cas13a assay | Positive: 47 | 92.16% |
| Negative: 4 | ||
| RAA-CRISPR-Cas13a assay | Positive: 47 | 92.16% |
| Negative: 4 |
Het onderzoek vergeleek ook de effectiviteit van detectie door PCR-CRISPR-Cas13a met een ander CRISPR amplificatie systeem (recombinase-aided amplification of RAA). Voor deze vergelijking werden 61 klinische stammen verzameld en 51 van deze stammen werden geïdentificeerd als CRKP. Uit tabel 1 blijkt dat PCR en RAA 47 grampositieve CRKP-stammen en 4 gramnegatieve stammen detecteerden. PCR toonde ook een waarschijnlijkheid van 92,16% voor het detecteren van positieve monsters, ook wel positief toevalspercentage genoemd. Daarom bewees het onderzoek dat het CRISPR-Cas13a systeem gebruikt kan worden om het monitoringsproces van antimicrobiële resistentie te verbeteren. Hoewel de genoomtechniek bij ernstig zieke patiënten een aantal uitdagingen zou kunnen vertonen om binnen de eerste 24 uur effectieve antibiotica te krijgen, vanwege de noodzaak van ongeveer 48 uur groei in het kweekmedium. Het CRISPR-Cas13a systeem kan patiënten echter ook helpen bij het verkrijgen van de juiste voorschriften en behandeling om te voorkomen dat de KP-infecties zich verder verspreiden.
CRISPR toont potentieel en een nieuwe weg voor assistentie bij medische controle vanwege de hoge detectiegevoeligheid van het systeem. Ondanks de gebreken van CRISPR voor het verwerken van een 24-uurs diagnose, heeft deze techniek aangetoond effectief te zijn met verder onderzoek en verbetering.
Featured image: BioPharma Dive. (2024). Gene editing biotechs face new uncertainty after CRISPR patent ruling. [online] Available at: https://www.biopharmadive.com/news/crispr-patent-biotech-uc-broad-intellia/619684/.
Vertaald door: Liang Hobma
micro-bites.org 