CRISPR-Cas9 "генные драйвы" помогли изучить устойчивость грибка Candida albicans

Candida albicans — опасный грибковый патоген, вызывающий молочницу и системные инфекции. Он обитает в микрофлоре кожи и кишечника, но может стать агрессивным у людей с ослабленным иммунитетом. Грибок формирует биоплёнки на медицинских устройствах (катетерах, стентах), что приводит к тяжёлым инфекциям. Угроза растёт, так как штаммы C. albicans становятся всё более устойчивыми к доступным лекарствам.

Борьба с устойчивостью и биоплёнками осложнена тем, что C. albicans — диплоидный организм (имеет две копии каждого гена). Чтобы изучить функцию гена, нужно удалить обе копии одновременно, что раньше было сложной задачей. Кроме того, гены часто имеют сходные и дублирующие функции, поэтому для выявления роли в устойчивости или формировании биоплёнки нужно удалять несколько генов сразу.

Команда под руководством Джеймса Коллинза и Джорджа Чёрча из Института Висса Гарварда разработала платформу на основе CRISPR-Cas9, использующую "генный драйв", для эффективного удаления обеих копий генов в диплоидных штаммах патогена. Исследование опубликовано в Nature Microbiology.

Учёные использовали редкую гаплоидную форму C. albicans (с одним набором хромосом). В гаплоидных штаммах целевые гены заменялись на "генный драйв" — кассету, экспрессирующую все компоненты системы CRISPR-Cas9. После скрещивания гаплоидных грибков и образования диплоидного потомства "генный драйв" замещал вторую копию гена в другой хромосоме, полностью удаляя ген из организма.

Результаты применения метода:

• Удаление комбинаций генов, кодирующих эффлюксные насосы (CDR1 и CDR2, или TPO3 и CDR2), сделало C. albicans высокочувствительным к флуконазолу и другим противогрибковым препаратам. Это указывает, что одновременное воздействие на два механизма может помочь преодолеть лекарственную устойчивость.
• В образовании биоплёнок потеря гена адгезивного фактора ALS3 действовала синергично с потерей нескольких других генов адгезивных факторов, что делает ALS3 ключевым узлом адгезии биоплёнки и интересной мишенью для дальнейшего изучения.

Новая платформа позволяет лучше понять организацию генетических сетей, лежащих в основе вирулентности C. albicans, их реакцию на воздействие среды и лекарств, и выявить новые уязвимости для будущих мишеней и комбинированных терапий. Кроме того, этот подход может стать шаблоном для изучения других грибковых патогенов, таких как высокоустойчивый Candida auris.