Исследователи раскрывают секреты иммунной системы бактерий
Ученые из Университета Отаго (Новая Зеландия) и Нидерландов продолжают раскрывать секреты удивительно гибкой бактериальной иммунной системы CRISPR-Cas.
Как и люди, бактерии постоянно подвергаются атакам вирусов, которые пытаются их заразить, вводя вирусную ДНК. Эта чужеродная ДНК (наряду с другой вторгающейся ДНК, например, плазмидами) оказывает большое влияние на эволюцию микроорганизмов. Например, распространение устойчивости к антибиотикам и факторов вирулентности часто происходит через вторжение чужеродной ДНК.
Системы CRISPR-Cas могут запоминать и уничтожать вторгающуюся ДНК, сохраняя короткие фрагменты ДНК, полученные от захватчиков (называемые «спейсерами»), в своих генетических «банках памяти». В более раннем исследовании команда обнаружила, что вирусы и плазмиды, которые могут избежать распознавания путем мутации своей ДНК, заставляют CRISPR-Cas систему бактерий быстро приобретать новые иммунологические воспоминания об этих мутировавших угрозах. Этот процесс называется «праймированной адаптацией» (primed adaptation).
В своем последнем исследовании, опубликованном на этой неделе в престижном журнале Nature Communications, команда доцента Питера Файнерана стремилась понять, как эти новые воспоминания отбираются во время ответа праймированной адаптации.
Команда заразила бактерии ранее не встречавшимися плазмидами или мутировавшими плазмидами, запускающими ответ праймированной адаптации. Используя возможности секвенирования нового поколения через New Zealand Genomics Ltd, они проанализировали более 20 миллионов вновь приобретенных спейсеров.
Исследователи обнаружили, что приобретение воспоминаний от ранее не встречавшихся плазмид было очень неэффективным по сравнению с мутировавшими плазмидами. Изучив порядок, в котором приобретались эти новые воспоминания, ученые разработали новую модель праймированной адаптации.
«Изучение этого порядка показало, что происхождение первого нового воспоминания оказывало поразительно сильное влияние на происхождение последующего отбора спейсеров», — говорит соавтор исследования доктор Саймон Джексон.
Данные показали, что приобретение новой иммунологической памяти происходит не только во время праймированной адаптации, но и как следствие прямой защиты от вторгающихся генетических элементов, которые не мутировали, чтобы избежать распознавания системой CRISPR-Cas.
«Мы предполагаем, что во время защиты, опосредованной CRISPR-Cas, новый иммунитет генерируется как часть петли положительной обратной связи. Это еще больше снижает риск того, что плазмиды или вирусы смогут избежать защиты CRISPR-Cas бактерий с помощью генетических мутаций», — говорит первый автор исследования доктор Раймонд Стаалс.