Аутоиммунитет может объяснить отсутствие важной иммунной системы у многих бактерий

Исследователи из Университета Эксетера выяснили, что бактериальная иммунная система CRISPR-Cas может наносить вред своим носителям, что объясняет её отсутствие у многих бактерий.

Как работает CRISPR-Cas

  • Это иммунная система, защищающая бактерии от вирусов (бактериофагов).
  • Система "крадёт" небольшой фрагмент вирусной ДНК и использует его для поиска и уничтожения совпадающих участков генома вируса при будущей инфекции.
  • Уничтожение вирусного генома предотвращает создание новых копий вируса.

Новое исследование: проблема с "спящими" вирусами

Ранее было показано, что CRISPR-Cas эффективно защищает от литических фагов, которые размножаются в клетке и вызывают её гибель. Однако многие вирусы следуют лизогенному пути: они встраиваются в геном хозяина и "засыпают". Позже, под действием стресса или сигналов от других фагов, они могут снова перейти к литическому циклу.

Ключевое открытие: аутоиммунитет и гибель клетки

  • Иммунная система не смогла устранить лизогенные фаги.
  • Вместо этого, CRISPR-Cas часто атаковала вирусную ДНК, уже встроенную в собственный геном бактерии, что приводило к аутоиммунной реакции и гибели клетки-хозяина.
  • Бактерии, которые потеряли систему CRISPR-Cas, избегали этого аутоиммунного повреждения, выживали и размножались. "Здесь отсутствие этой ключевой иммунной системы было преимуществом", — отмечают авторы.

Роль белков-анти-CRISPR

  • Анти-CRISPR белки, которые фаги производят для подавления иммунитета хозяина, не только помогают самому фагу.
  • Они также защищают хозяина, отключая его иммунную систему и тем самым предотвращая аутоиммунитет и гибель бактерии.

Причина и последствия

Аутоиммунитет вызывается "спейсерами" (направляющими последовательностями CRISPR-Cas), которые неидеально соответствуют вирусной ДНК. Такие несовершенные совпадения с фагами часто встречаются в природе, что делает аутоиммунный эффект распространённым последствием наличия системы CRISPR-Cas.

Это может объяснить, почему CRISPR-Cas присутствует только в ~40% бактериальных геномов и часто теряется у близкородственных штаммов.

Исследование

Проведено в сотрудничестве с теоретиками из Университета Монпелье (Франция) и биоинформатиками из Университета Отаго (Новая Зеландия). Финансирование: Европейский исследовательский совет, NERC и программа Horizon 2020.

Публикация: Статья "Targeting of temperate phages drives loss of type I CRISPR-Cas systems" опубликована в журнале Nature.

2020-01-22