ИСТОРИЯ МЕДИЦИНЫ

Биологи обнаружили новые свойства иммунитета бактерий

Российские ученые из Сколковского института науки и технологий открыли новые особенности работы системы CRISPR-Cas, отвечающей за иммунитет у бактерий, сообщает научно-популярный портал "Чердак" со ссылкой на пресс-службу Сколтеха. "Результаты исследования позволяют по-новому взглянуть на принятую ранее модель функционирования CRISPR-Cas систем", - говорится в пресс-релизе.

CRISPR - это аббревиатура от Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (кластеризованные регулярные промежуточные короткие палиндромные повторы), речь идет об участках ДНК бактерии, в которых одинаковые последовательности чередуются с уникальными. CRISPR - это часть системы защиты бактерий от вирусов, в которой уникальные последовательности содержат информацию о вирусных генах, а Cas - это ферменты, которые распознают по CRISPR и разрушают чужеродные гены. CRISPR-Cas является системой адаптивного иммунитета у бактерий, своеобразной базой данных, в которой хранится информация о всех встреченных бактерией вирусах. Она позволяет бактериям вырабатывать устойчивость к вирусам и передавать ее своим потомкам.

Участки вирусных генов, по которым иммунная система бактерии узнает вирусы, попадают в ДНК бактерии и в CRISPR во время процесса, который называется адаптацией. В ходе адаптации ферменты бактерии встраивают небольшую часть, образец вирусной ДНК в CRISPR, чтобы потом ферменты Cas могли по этим участкам узнавать и разрушать гены вирусов. Если в бактерию попадает вирусная ДНК, часть которой уже хранится в CRISPR, белки Cas разрушают её. Если же чужеродная ДНК неизвестна бактерии, происходит адаптация - ферменты пополняют CRISPR новым участком чужой, вирусной ДНК.

Раньше считалось, что если чужая ДНК полностью соответствует той, которая уже хранится в CRISPR, адаптация не происходит, потому что структурные особенности белков, которые встраивают участки ДНК в геном, не позволяют им встраивать фрагменты, которые полностью соответствуют тому, что уже есть в геноме бактерии.

В своем исследовании ученые Сколтеха показали, что это не так. Они изучили адаптацию у кишечной палочки E. coli и выяснили, что встраивание фрагментов чужой ДНК не происходит в CRISPR только потому, что при полном узнавании они уничтожаются белками Cas быстрее, чем встраиваются. Исследователи изменили скорость химической реакции при уничтожении чужой ДНК и обнаружили, что встраивание чужой ДНК даже при полном соответствии происходит не просто точно так же, как если бы она была новой, не узнанной бактерией, а в десять раз эффективнее.

По словам исследователей, это открытие - значительный вклад в понимание работы очень важного механизма. Способность системы CRIPR-Cas разрезать ДНК и встраивать в нее строго определенные фрагменты сейчас активно используют для редактирования генома, в том числе и человеческого.