Candida albicans est un pathogène fongique humain notoire qui provoque le muguet et de graves infections systémiques. Champignons opportunistes C. albicans, qui vivent souvent discrètement dans la flore normale de la peau et de l'intestin humains, peuvent passer de leur mode furtif inoffensif pour devenir des agents pathogènes agressifs, en particulier chez les personnes dont le système immunitaire est déjà compromis par des maladies préexistantes ou des thérapies médicamenteuses sévères. Ils peuvent également former des biofilms sur les dispositifs médicaux, tels que les cathéters et les stents dans le corps humain, entraînant des infections et parfois la mort. La menace posée par les formes libres et liées au biofilm du pathogène est en constante augmentation, car les souches virulentes de C. albicans deviennent de plus en plus résistantes aux quelques médicaments disponibles pour les traiter.

Les microbiologistes sont confrontés à d'énormes difficultés dans leur quête pour lutter contre la résistance aux médicaments de C. albicans et la formation de biofilm. Chaque microbe de C. albicans est un organisme « diploïde », car il contient généralement deux copies de l'ensemble de son génome et de tous les gènes codés à l'intérieur. Cependant, comprendre le rôle qu'un gène spécifique joue, les chercheurs doivent pouvoir supprimer les deux copies en même temps, leur permettant d'observer les effets de l'absence totale du gène, ce qui a été un défi difficile pour C. albicans. En outre, les gènes jouent souvent des rôles très similaires et parfois redondants dans de nombreux processus, y compris la résistance aux médicaments et la formation de biofilm, ce qui signifie que plus d'un gène doit être supprimé pour identifier les gènes dont les fonctions sont liées.

Pour aborder le défi de la délétion de gènes chez C. albicans, une équipe collaborative dirigée par James Collinsand George Church, deux membres principaux du corps professoral du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de Harvard, ont développé une plate-forme de « forçage génétique » basée sur CRISPR-Cas9 pour créer des souches diploïdes de l'agent pathogène dans lesquelles les deux copies du gène pourraient être efficacement supprimées. La technique peut ouvrir la voie à une meilleure compréhension de la résistance aux médicaments et des mécanismes de formation de biofilm, et grâce à de futures recherches, cela pourrait aider à identifier de nouvelles cibles médicamenteuses et des thérapies combinées. L'étude est publiée dans Microbiologie naturelle .

L'équipe a profité de la découverte récente d'une forme « haploïde » très rare de C. albicans qui, comme ceux d'autres champignons, ne contient qu'un seul jeu de chromosomes avec une copie de chaque gène, mais ils peuvent être accouplés pour créer facilement la forme diploïde. « Nous avons utilisé des souches haploïdes de C. albicans et remplacé les gènes que nous voulions éliminer par un « forçage génétique » que nous avons précédemment développé et adapté à la biologie spécifique de C. albicans. Après l'accouplement, ces « éléments génétiques égoïstes » remplacent la copie normale du gène dans les champignons diploïdes, " dit l'Église, Doctorat., qui est professeur de génétique à la Harvard Medical School et des sciences et technologies de la santé à Harvard et au MIT. "L'approche a fonctionné si efficacement qu'elle nous a permis de supprimer même des paires de gènes différents simultanément avec un débit plus élevé et d'explorer si leurs fonctions sont liées."

La nouvelle approche de forçage génétique est basée sur le système CRISPR-Cas9, dans lequel une enzyme Cas9 coupant l'ADN est ciblée sur deux régions qui flanquent un gène dans les champignons haploïdes C. albicans par deux ARN dits guides (ARNg). Une fois que la séquence du gène ciblé a été découpée, une cassette de forçage génétique exprimant tous les composants Cas9 et ARNg est insérée à sa place. Lorsque deux champignons haploïdes sont accouplés pour former une progéniture diploïde, le forçage génétique remplacera également la contrepartie du gène dans l'autre chromosome, supprimer efficacement la version originale de l'organisme entièrement.

En appliquant leur approche de suppression de gènes, l'équipe a pu identifier des combinaisons de gènes qui agissent en synergie pour défier certains médicaments, ou en déclenchant la formation de biofilm. "Par exemple, en supprimant soit les deux gènes codant pour la pompe à efflux CDR1 et CDR2, ou TPO3 et CDR2 ensemble, rendu C. albicans très sensible au fluconazole et à d'autres médicaments antifongiques, suggérant que cibler deux mécanismes en même temps pourrait aider à surmonter la résistance aux médicaments, " dit Rebecca Shapiro, Doctorat., un boursier postdoctoral dans l'équipe de Collins. Shapiro a fait équipe avec Alejandro Chavez, Doctorat., en tant que premiers co-auteurs de la publication. Chavez est un ancien boursier postdoctoral qui a travaillé avec Church et Collins; il est maintenant professeur adjoint à l'Université Columbia de New York. "Dans les tests de formation de biofilm, nous avons également constaté que la perte du gène du facteur d'adhésion ALS3 est en synergie avec la perte de plusieurs autres gènes du facteur d'adhésion, ce qui en fait une plaque tournante hautement interconnectée de l'adhésion des biofilms et un candidat intéressant à explorer davantage. »

L'étude offre de nouvelles avancées dans la compréhension du territoire difficile de la pathogenèse et de la résistance aux médicaments de C. albicans. « Nous pouvons maintenant mieux comprendre comment les réseaux génétiques qui sous-tendent la virulence de C. albicans sont organisés, voir comment ils réagissent à des perturbations environnementales et médicamenteuses spécifiques, et ainsi découvrir de nouvelles vulnérabilités, qui à l'avenir peuvent conduire à de nouvelles cibles médicamenteuses et à des thérapies combinées, " dit Collins, Doctorat., qui est également professeur Termeer de génie médical et de sciences au Massachusetts Institute of Technology (MIT) et professeur de génie biologique au MIT. "De plus, notre plate-forme de matrice d'entraînement génétique peut être un modèle pour des approches similaires dans d'autres agents pathogènes fongiques, comme le nouveau Candida auris, qui est très résistante aux médicaments et a déjà été signalée comme une menace par les Centers for Disease Control and Prevention. »

"Cette collaboration symbiotique entre les professeurs de deux des plates-formes technologiques habilitantes du Wyss Institute, Jim Collins et George Church, a conduit à de nouvelles connaissances importantes sur la biologie de cet agent pathogène fongique infectieux et sur la manière dont il développe une résistance, en plus d'ouvrir une voie entièrement nouvelle pour la conception de thérapies antifongiques plus efficaces, " a déclaré le directeur fondateur du Wyss Institute, Donald Ingber, MARYLAND., Doctorat., qui est également le professeur Judah Folkman de biologie vasculaire au HMS et le programme de biologie vasculaire du Boston Children's Hospital, ainsi que professeur de bio-ingénierie à SEAS.