Lo screening genetico identifica potenziali bersagli farmacologici contro un fungo mortale / Gene Screening Identifies Drug Targets Against Deadly Fungus
Lo screening genetico identifica potenziali bersagli farmacologici contro un fungo mortale / Gene Screening Identifies Drug Targets Against Deadly Fungus
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
I ricercatori dell'Università di Guelph hanno sviluppato un metodo più rapido per identificare potenziali bersagli farmacologici contro un pericoloso agente patogeno fungino, consentendo lo studio simultaneo di centinaia o migliaia di geni, anziché uno alla volta.
Il nuovo sistema, sviluppato nel laboratorio della dottoressa Rebecca Shapiro in Biologia Molecolare e Cellulare, potrebbe ridurre di anni il tempo che intercorre tra le scoperte di laboratorio e le applicazioni cliniche, in un momento in cui le infezioni fungine resistenti ai farmaci stanno diventando un problema di salute globale.
La ricerca, condotta dai borsisti post-dottorato Drs. Lauren Wensing e Drs. Philippe Després e pubblicata su Nature Microbiology, si concentra sulla Candida albicans, una delle principali cause di infezioni fungine invasive potenzialmente letali.
"Le persone stanno iniziando a rendersi conto di quanto siano pericolosi i patogeni fungini", afferma Wensing. "Abbiamo a disposizione solo un numero limitato di farmaci efficaci contro i funghi che non danneggino anche l'uomo, e ora si registra una diffusa resistenza a tre delle quattro principali classi di antimicotici."
Utilizzando tecnologie di editing genetico, il laboratorio Shapiro studia i genomi dei funghi per identificare i punti deboli che potrebbero in futuro diventare bersagli per nuovi farmaci antifungini.
A differenza della tradizionale modifica genetica CRISPR, che taglia o elimina il DNA, il gruppo ha adattato un processo chiamato interferenza CRISPR, o CRISPRi, che invece riduce, o reprime, l'attività di un gene. Questo nuovo sistema consente ai ricercatori di studiare i geni essenziali per la sopravvivenza del fungo. Eliminare completamente questi geni con i metodi CRISPR tradizionali ucciderebbe la cellula, rendendo impossibile studiare l'impatto di interferenze di minore entità.
Il laboratorio Shapiro identifica le vulnerabilità genetiche dei funghi
Dato che gli esseri umani ed i funghi sono così simili dal punto di vista evolutivo, il gruppo di Shapiro si è concentrato su 130 geni fungini senza un equivalente umano diretto, al fine di ridurre il potenziale rischio di danni per l'uomo. Hanno quindi represso parzialmente un gene alla volta in centinaia di ceppi fungini. Hanno poi raggruppato questi ceppi fungini geneticamente modificati, ognuno dei quali presentava la repressione di un gene diverso, e li hanno testati in una varietà di condizioni ambientali.
Sequenziando i "codici a barre" genetici associati a ciascun ceppo, i ricercatori sono stati in grado di determinare quali ceppi avessero maggiori difficoltà a crescere o sopravvivere quando l'attività di un gene veniva leggermente ridotta. Questi geni "sensibili" rappresentano i bersagli farmacologici più promettenti, poiché potrebbero rispondere in modo significativo ai farmaci.
Il gruppo ha identificato 16 promettenti bersagli antifungini che sono rimasti sensibili alla repressione in diversi ceppi fungini, inclusi isolati di pazienti resistenti ai farmaci, ed in una varietà di condizioni ambientali. Alcuni di questi geni sono stati ben caratterizzati, mentre altri non sono mai stati studiati prima.
Sebbene CRISPRi sia stato ampiamente utilizzato nelle cellule batteriche ed umane, gli strumenti per studiare il genoma fungino sono rimasti indietro, in parte a causa delle difficoltà fisiologiche legate alla manipolazione delle cellule fungine. La ricerca sulla repressione genica nei funghi è stata in passato lenta, basata sullo studio di un singolo ceppo alla volta, e la creazione di librerie di screening fungino su larga scala ha richiesto in genere anni. CRISPRi potrebbe ridurre questi tempi a poche settimane.
La ricerca si basa su un precedente lavoro di Wensing e Shapiro, che nel 2019 avevano adattato per la prima volta CRISPRi all'uso su un patogeno fungino. Questo nuovo studio estende tale dimostrazione di fattibilità ad una piattaforma di screening scalabile, in grado di analizzare simultaneamente centinaia o migliaia di geni fungini. Il laboratorio di Shapiro sta attualmente lavorando all'analisi di tutti i circa 6.000 geni presenti nel genoma della Candida.
La Candida albicans rappresenta una minaccia crescente per la salute pubblica.
Nel 2022, riconoscendo la crescente minaccia rappresentata dai patogeni fungini, l'Organizzazione Mondiale della Sanità ha pubblicato la Lista dei patogeni fungini prioritari, che include le specie di Candida. L'iniziativa ha stimolato una maggiore consapevolezza del problema, nonché finanziamenti per la ricerca sui patogeni fungini e sulla resistenza agli antimicotici.
"Molte infezioni fungine sono un problema relativamente nuovo, emerso negli ultimi decenni, perché i progressi della medicina ci permettono di prolungare la vita delle persone vulnerabili", afferma Shapiro. "Tendono a causare infezioni particolarmente problematiche in chi ha un sistema immunitario compromesso, come ad esempio chi assume farmaci immunosoppressori a seguito di un trapianto, i pazienti sottoposti a chemioterapia o le persone affette da HIV/AIDS."
Anche il cambiamento climatico potrebbe giocare un ruolo nel crescente pericolo rappresentato dai funghi, con alcuni ricercatori preoccupati che i funghi ambientali si stiano adattando alle temperature più calde e stiano diventando sempre più capaci di sopravvivere alla temperatura del corpo umano.
Un altro agente patogeno fungino, la Candida auris, è stato identificato per la prima volta in un paziente nel 2009 e da allora si è diffuso a livello globale, causando focolai in ospedali e strutture di assistenza a lungo termine, oltre a mostrare resistenza a numerosi farmaci antifungini.
Ora che la piattaforma CRISPRi è stata dimostrata su larga scala nella Candida albicans, il laboratorio di Shapiro sta iniziando a testare il sistema su altri patogeni fungini, comprese le specie del genere Cryptococcus.
ENGLISH
A new CRISPR system could rapidly uncover weak points in dangerous fungi.
Researchers at the University of Guelph have developed a faster way to identify potential drug targets against a dangerous fungal pathogen, allowing for the study of hundreds or thousands of genes simultaneously, instead of one at a time.
The new system, developed in the lab of Dr. Rebecca Shapiro in Molecular and Cellular Biology, could reduce the time from laboratory discoveries to clinical applications by years, at a time when drug-resistant fungal infections are becoming a global health concern.
The research, led by postdoctoral fellows Drs. Lauren Wensing and Philippe Després and published in Nature Microbiology, focuses on Candida albicans, a leading cause of life-threatening invasive fungal infections.
“People are starting to realize how dangerous fungal pathogens are,” says Wensing. “We only have so many drugs that we can use to kill the fungus that won’t also harm humans, and there is widespread resistance now to the three of the four major classes of antifungals.”
Using gene editing technologies, the Shapiro Lab studies fungal genomes to identify vulnerabilities that could eventually become targets for new antifungal medications.
Unlike traditional CRISPR gene editing, which cuts or deletes DNA, the team adapted a process called CRISPR interference, or CRISPRi, which instead dials down, or represses, a gene’s activity. This new system allows researchers to study genes that are essential for the fungus’s survival. Deleting these genes outright through traditional CRISPR methods would kill the cell, making it impossible to study the impact of smaller interferences.
Shapiro Lab identifies fungal genetic vulnerabilities
Since humans and fungi are so evolutionarily similar, Shapiro’s team focused on 130 fungal genes with no close human equivalent, in order to reduce the potential for damage to humans. They then partially repressed one gene at a time in hundreds of fungal strains. They pooled these engineered fungal strains, each carrying repression of a different gene, and tested them under a range of environmental conditions.
By sequencing genetic “barcodes” associated with each strain, researchers could determine which strains struggled most to grow or survive when a gene’s activity was slightly reduced. These “sensitive” genes make the most promising drug targets, since they could respond strongly to drugs.
The team identified 16 promising antifungal targets that remained sensitive to repression across multiple fungal strains, including drug-resistant patient isolates, and a variety of environmental conditions. Some of these genes have been well characterized, while others have never been studied before.
While CRISPRi has been used extensively in bacterial and human cells, tools to study the fungal genome have lagged, in part because of physiological challenges with manipulating fungal cells. Past fungal gene repression research was slow, studying one strain at a time, and building large-scale fungal screening libraries has typically taken years. CRISPRi could reduce that timeline to weeks.
The research builds on earlier work by Wensing and Shapiro, which first adapted CRISPRi for use in a fungal pathogen in 2019. This new study expands that proof-of-concept into a scalable screening platform capable of analyzing hundreds or thousands of fungal genes simultaneously. Ongoing work in Shapiro’s lab is analyzing all 6,000 or so genes in the Candida genome.
Candida albicans a growing public health threat
In 2022, in recognition of the growing threat of fungal pathogens, the World Health Organization published the Fungal Priority Pathogens List, which includes the Candida species. The initiative has spurred increased awareness of the problem, as well as funding for research on fungal pathogens and antifungal resistance.
“Many fungal infections are a newer problem, in the last several decades, because advances in medicine mean we’re keeping vulnerable people alive longer,” says Shapiro. “They tend to cause really problematic infections in people with compromised immune systems, such as those taking immunosuppressive drugs because they’ve had a transplant, patients receiving chemotherapy, or those living with HIV/AIDS.”
Climate change, too, may be playing a role in the increasing danger of fungi, with some researchers concerned that environmental fungi are adapting to warmer temperatures, and becoming increasingly able to survive at human body temperature.
Another fungal pathogen, Candida auris, was first identified in a patient in 2009 and has since spread globally, causing outbreaks in hospitals and long-term care facilities while showing resistance to multiple antifungal drugs.
Now that the CRISPRi platform has been demonstrated at scale in Candida albicans, Shapiro’s lab is beginning to test the system on other fungal pathogens, including species in the Cryptococcus genus.
Da:
https://www.technologynetworks.com/genomics/news/gene-screening-identifies-drug-targets-against-deadly-fungus-412940?utm_campaign=NEWSLETTER_TN_Breaking%20Science%20News&utm_medium=email&_hsenc=p2ANqtz-9Q21LWDRZCSVisZCKaZRWPizi0KkZN70X2akHEbMI3GyxSrBL7iBjllvX6YXJZScUv0nfICw3lHqBhHJFSpmdxvRpKTsZCN1i4PmweNvPPLUK6-X4&_hsmi=420545862&utm_content=420545862&utm_source=hs_email
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