DALLAS – 26 lutego 2024 r. – Dzięki naukowcom z UT Southwestern Medical Center leczenie złożonych infekcji bakteryjnych za pomocą terapii dostosowanych do rodzaju infekcji sprawia, że ​​pacjent jest bliższy rzeczywistości.

Główną autorką badania jest dr Kimberly Reynolds, profesor nadzwyczajny na Wydziale Bioinformatyki Lyda Hill na UT Southwestern.

Korzystając z technologii i technik pionierskich w UT Southwestern, badacze opracowali innowacyjne podejście do długotrwałego wyzwania w tej dziedzinie – przewidywania, w jaki sposób zmiany w ekspresji genów i środowisku oddziałują na siebie, kontrolując tempo wzrostu bakterii. Wyniki opublikowane w Systemy komórkowemogą w przyszłości mieć szerokie zastosowania, w tym przewidywanie wrażliwości na antybiotyki, zrozumienie czynników genetycznych sprzyjających oporności na antybiotyki oraz inżynierię szczepów bakteryjnych w celu stworzenia nowych małocząsteczkowych związków do wykorzystania w odkrywaniu leków.

„Obecnie w zaawansowanych instytucjach, takich jak UT Southwestern, powszechne jest leczenie infekcji poprzez gromadzenie danych DNA i RNA o zakażających bakteriach z próbek pacjentów” – powiedziała dr Kimberly Reynolds, profesor nadzwyczajny na Wydziale Bioinformatyki i Biofizyki w Lyda Hill. „Dane te można wykorzystać do ukierunkowania leczenia i poprawy rokowania, ale jest to skomplikowane i czasochłonne. Nasza praca tworzy dodatkowe narzędzia, które, mamy nadzieję, pewnego dnia pomogą w interpretacji tego typu złożonych danych, ułatwiając przejście w kierunku prawdziwie spersonalizowanej opieki zdrowotnej”.

W badaniu wykorzystano metodę zwaną miareczkowym CRISPRi, która umożliwiła badaczom stopniowe zmniejszanie lub miareczkowanie ekspresji określonych genów. Proces ten umożliwił naukowcom porównanie setek opcji supresji genów na różnych poziomach intensywności i zbudowanie modelu umożliwiającego przewidywanie sposobu bakterie będą się rozwijać w różnych środowiskach.

Zespół badawczy korzystał ze specjalnie zbudowanego urządzenia zwanego turbidostatem, które precyzyjnie kontroluje środowisko bakteryjne. Urządzenie to zostało skonstruowane pod kierunkiem Erdal Toprak, dr.profesor nadzwyczajny ds Farmakologia I w Katedrze Bioinformatyki Lyda Hill, kto też jest stypendystka Southwestern Medical Foundation w dziedzinie badań biomedycznych na UTSW.

Model komputerowy, oparty na miareczkowym CRISPRi, można wytrenować w zakresie przewidywania szerokiego zakresu wyników przy użyciu niewielkiej liczby danych wejściowych – bez konieczności szczegółowego zrozumienia mechaniki biologii bakterii.

Pierwszym autorem badania jest Ryan Otto, absolwent UTSW.

„Zajęliśmy się trudnym pytaniem, w jaki sposób liczne zmiany w profilu ekspresji komórki wpływają na sprawność, dzieląc ją na prostsze części” – powiedział pierwszy autor Ryan Otto, absolwent i członek Laboratorium Reynoldsa. „Najpierw modelowaliśmy interakcje występujące między parami genów, a następnie połączyliśmy te interakcje, aby uzyskać pełny obraz i przewidzieć skutki dla wielu genów i środowisk”.

Badanie i jego wnioski są przykładami zaangażowania UTSW w łączenie biologii obliczeniowej, eksperymentów ilościowych i medycyny translacyjnej, stwierdził dr Reynolds.

„To badanie pokazuje rosnące znaczenie badań predykcyjnych i ilościowych we współczesnej nauce i medycynie, co jest stale podkreślane w naszym programie nauczania, zarówno na studiach magisterskich, jak i w szkołach medycznych” – stwierdziła. „Nasze ciągłe skupianie się na mikrobiologii i modelowaniu obliczeniowym utoruje drogę do kolejnych przełomowych odkryć, takich jak ten”.

Badanie opiera się na wcześniejszych pracach na Uniwersytecie UTSW, które stworzyło pionierskie ramy techniczne dla wielkoskalowych testów szybkości wzrostu bakterii z wykorzystaniem miareczkowego CRISPRi.

Philip M. Brown, lekarz medycyny/doktorat kandydat na UTSW, również przyczynił się do badania.

Badanie to zostało sfinansowane z grantów Narodowego Instytutu Zdrowia (R01GM136842 i 5T32GM007062-46).

O Centrum Medycznym UT Southwestern
UT Southwestern, jedno z czołowych akademickich ośrodków medycznych w kraju, łączy pionierskie badania biomedyczne z wyjątkową opieką kliniczną i edukacją. Pracownicy wydziału tej instytucji otrzymali sześć Nagród Nobla i obejmują 25 członków Narodowej Akademii Nauk, 21 członków Narodowej Akademii Medycznej i 13 badaczy Instytutu Medycznego Howarda Hughesa. Zatrudniająca w pełnym wymiarze godzin kadra naukowa licząca ponad 3100 pracowników jest odpowiedzialna za przełomowy postęp w medycynie i stara się szybko przekładać badania naukowe na nowe metody leczenia klinicznego. Lekarze z UT Southwestern zapewniają opiekę w ponad 80 specjalnościach ponad 120 000 hospitalizowanych pacjentów, obsługują ponad 360 000 przypadków na izbach przyjęć i nadzorują prawie 5 milionów wizyt ambulatoryjnych rocznie.