FoCas

FoCas je projekt skupine iZJU iz Kitajske, ki je leta 2025 dosegla prvo mesto na tekmovanju iGEM.

Uvod

Odpornost mikroorganizmov na protimikrobna sredstva je v porastu. Odraža se v neučinkovitosti antibiotikov v konvencionalni rabi in v naraščajočih primerih tako imenovanih bolnišničnih okužb po svetu. Prav odporni patogeni so glavni vzrok za pojav zadnjih. Problematična pa ni samo njihova odpornost, ampak tudi zmožnost prenašanja odpornosti na neodporne populacije/seve in njihova visoka infektivnost. Umrljivost pri okužbah, ki jih povzročajo odporni patogeni, je 25 %, zato je potreba po reševanju problema odpornosti na protimikrobna sredstva velika.

Opis projekta

Skupina iZJU iz Kitajske je leta 2025 na tekmovanju iGEM zasnovala tehnologijo, ki bi omenjeni problem lahko reševala. FoCas deluje proti odpornosti mikroorganizmov na protimikrobna sredstva na način, da prepreči nastanek odpornega fenotipa in s tem tudi inhibira povečano infektivnost patogena. Gre za dvokomponentni sistem, sestavljen iz sistema CRISPR/Cas9 za natančno editiranje tarčnega gena (Cas) in iz nanostrukture DNA (DNA-origami), ki dostavi prvega na tarčno mesto (Fo). Pri tem DNA-origami zaobjame kompleks sgRNA/Cas9 in se specifično veže na tarčni mikroorganizem. Po vstopu v mikroorganizem se sistem CRISPR/Cas9 aktivira, temu pa sledi rezanje oz. inaktivacija tarčnega gena.

Za tarčni organizem so si tekmovalci izbrali na meticilin odporen Staphylococcus aureus oz. MRSA, saj predstavlja veliko epidemiološko breme. MRSA vsebuje gen za rezistenco na β-laktamske antibiotike, ki inhibirajo sintezo bakterijske celične stene. Omenjeni gen mecA zapisuje za transmembranski protein PBP2a (penicilin-vezavni protein 2a), ki je odgovoren za sintezo bakterijske celične stene, vendar ima zelo majhno afiniteto do laktamov. To pomeni, da β-laktamski antibiotiki njegovega delovanja ne omejujejo dovolj učinkovito. mecA se ponavadi nahaja na mobilnem genskem elementu SCCmec (staphylococcal cassette chromosome mec) in se lahko med populacijami prenaša s fagno transdukcijo in s konjugacijo.

FoCas bi po sintezi in vitro nanašali na rane (pooperativne brazgotine) topično ali v obliki pršila, pri tem pa bi dostavna komponenta sistema – DNA-origami – poskrbela za nalaganje, zaščito ter sproščanje sgRNA/Cas9, za specefično prepoznavanje patogena in za luknjanje bakterijske membrane. Delovanje tehnologije FoCas lahko opišemo v petih korakih: 1) zaščita pred npr. endogenimi proteazami pacienta, 2) tarčenje patogena z aptameri, 3) internalizacija sistema ob sintezi reaktivnih kisikovih zvrsti (ROS) iz vodikovega peroksida, prisotnega na mestu rane, 4) sproščanje sgRNA/Cas9 z redukcijo DNA-origamija z glutationom in v prisotnosti bakterijske RNAze H, ter 5) rezanje tarčnega gena (mecA).