Candida albicans es un hongo patógeno humano notorio que causa aftas e infecciones sistémicas graves. Hongos oportunistas de C. albicans, que a menudo viven discretamente en la flora normal de la piel y el intestino humanos, pueden cambiar de su modo sigiloso inofensivo para convertirse en patógenos agresivos, especialmente en personas cuyo sistema inmunológico ya está comprometido por enfermedades preexistentes o terapias con medicamentos severos. También pueden formar biopelículas en dispositivos médicos, como catéteres y stents en el cuerpo humano, provocando infecciones y, a veces, la muerte. La amenaza que plantean las formas del patógeno, tanto libres como unidas a biopelículas, aumenta constantemente. dado que las cepas virulentas de C. albicans se están volviendo cada vez más resistentes a los pocos medicamentos disponibles para tratarlas.

Los microbiólogos se enfrentan a tremendas dificultades en su búsqueda para combatir la resistencia a los medicamentos y la formación de biopelículas de C. albicans. Cada microbio de C. albicans es un organismo "diploide", ya que normalmente contiene dos copias de todo su genoma y de todos los genes codificados en su interior. Sin embargo, para comprender el papel que desempeña un gen específico, los investigadores deben poder eliminar ambas copias al mismo tiempo, permitiéndoles observar los efectos de la ausencia total del gen, que ha sido un desafío difícil en C. albicans. Además, Los genes a menudo juegan roles muy similares y a veces redundantes en muchos procesos, incluida la resistencia a los medicamentos y la formación de biopelículas, lo que significa que es necesario eliminar más de un gen para identificar aquellos genes cuyas funciones están vinculadas.

Para abordar el desafío de la deleción de genes en C. albicans, un equipo colaborativo dirigido por James Collin y George Church, dos miembros de la facultad central en el Instituto Wyss de Harvard para la Ingeniería de Inspiración Biológica, han desarrollado una plataforma de "impulso genético" basada en CRISPR-Cas9 para crear cepas diploides del patógeno en las que ambas copias de genes podrían eliminarse de manera eficiente. La técnica puede abrir el camino hacia una mejor comprensión de la resistencia a los medicamentos y los mecanismos de formación de biopelículas. y a través de investigaciones futuras, podría ayudar a identificar nuevos objetivos farmacológicos y terapias combinadas. El estudio se publica en Microbiología de la naturaleza .

El equipo aprovechó una forma "haploide" muy rara de C. albicans recientemente descubierta que, como los de otros hongos, solo contiene un conjunto de cromosomas con una copia de cada gen, pero se pueden aparear para crear fácilmente la forma diploide. "Usamos cepas haploides de C. albicans y reemplazamos genes que queríamos eliminar con un 'impulso genético' que previamente desarrollamos y ajustamos a la biología específica de C. albicans. Después del apareamiento, estos 'elementos genéticos egoístas' proceden a reemplazar la copia normal del gen en los hongos diploides, "dijo Church, Doctor., quien es profesor de Genética en la Facultad de Medicina de Harvard y de Ciencias y Tecnología de la Salud en Harvard y MIT. "El enfoque funcionó de manera tan eficiente que nos permitió incluso eliminar pares de genes diferentes simultáneamente con un mayor rendimiento y explorar si sus funciones están relacionadas".

El nuevo enfoque de impulso genético se basa en el sistema CRISPR-Cas9, en el que una enzima Cas9 que corta el ADN se dirige a dos regiones que flanquean un gen en hongos haploides C. albicans mediante dos llamados ARN guía (ARNg). Una vez cortada la secuencia del gen objetivo, En su lugar, se inserta un casete de impulso genético que expresa todos los componentes Cas9 y gRNA. Cuando dos hongos haploides se aparean para formar una descendencia diploide, el impulso genético también sustituirá a la contraparte del gen en el otro cromosoma, eliminando efectivamente la versión original del organismo por completo.

Al aplicar su enfoque de eliminación de genes, el equipo pudo identificar combinaciones de genes que actúan sinérgicamente al desafiar ciertos medicamentos, o al desencadenar la formación de biopelículas. "Por ejemplo, eliminando los dos genes que codifican la bomba de eflujo CDR1 y CDR2, o TPO3 y CDR2 juntos, hizo que C. albicans fuera muy sensible al fluconazol y otros fármacos antimicóticos, sugiriendo que apuntar a dos mecanismos al mismo tiempo podría ayudar a superar la resistencia a los medicamentos, "dijo Rebecca Shapiro, Doctor., becario postdoctoral en el equipo de Collins. Shapiro se asoció con Alejandro Chávez, Doctor., como primeros coautores de la publicación. Chávez es un ex becario postdoctoral que trabajó con Church y Collins; ahora es profesor asistente en la Universidad de Columbia de Nueva York. "En los ensayos de formación de biopelículas, También encontramos que la pérdida del gen del factor de adhesión ALS3 se sinergiza con la pérdida de varios otros genes del factor de adhesión, lo que lo convierte en un centro altamente interconectado de adhesión de biopelículas y un candidato interesante para explorar más a fondo ".

El estudio ofrece nuevos avances para comprender el difícil territorio de la patogénesis y la resistencia a los medicamentos de C. albicans. "Ahora podemos manejar mucho mejor cómo se organizan las redes genéticas que subyacen a la virulencia de C. albicans, ver cómo responden a perturbaciones ambientales y de drogas específicas, y así descubrir nuevas vulnerabilidades, que en el futuro puede conducir a nuevos objetivos farmacológicos y terapias combinadas, "dijo Collins, Doctor., quien también es Profesor Termeer de Ingeniería y Ciencia Médica en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y profesor de Ingeniería Biológica en el MIT. "Es más, nuestra plataforma de matriz de impulso genético puede ser un modelo para enfoques similares en otros patógenos fúngicos, como la recién emergente Candida auris, que es altamente resistente a los medicamentos y ya ha sido marcado como una amenaza por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades ".

"Esta colaboración simbiótica entre los líderes de la facultad de dos de las Plataformas Tecnológicas Habilitadoras del Instituto Wyss, Jim Collins y George Church, condujo a nuevos conocimientos importantes sobre la biología de este patógeno fúngico infeccioso y cómo desarrolla resistencia, además de abrir un camino completamente nuevo para el diseño de terapias antimicóticas más efectivas, "dijo el director fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MARYLAND., Doctor., quien también es el Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en HMS y el Programa de Biología Vascular en el Boston Children's Hospital, así como Profesor de Bioingeniería en SEAS.