Установлена связь между распознаванием вируса и его уничтожением в бактериальной иммунной системе

Исследователи из Университета Джорджии Майкл и Ребекка Тернс, одни из первых начавших изучать бактериальную иммунную систему, обнаружили ключевое звено в том, как бактерии реагируют и адаптируются к чужеродным захватчикам.

Исследование, проведённое Тернсами и постдокторантом Юньчжоу Вэй, опубликовано в Genes & Development.

• Бактерия приобретает иммунитет против вируса, получая фрагмент вирусной ДНК и встраивая эту последовательность в собственный геном.
• Эта последовательность-идентификатор вируса хранится в локусе, известном как CRISPR (кластеризованные регулярно расположенные короткие палиндромные повторы).
• CRISPR-ассоциированные белки (Cas) затем используют эту последовательность для распознавания и уничтожения вирусов.

Белок Cas9 уничтожает вторгающуюся вирусную ДНК и был адаптирован как инструмент для программируемого редактирования генома, позволяя удалять гены, корректировать мутации и добавлять новые гены.

Новое исследование раскрывает новую роль белка Cas9 на начальном этапе — захвате последовательности захватчика.

"То, что этот фермент функционирует как при захвате, так и при уничтожении, даёт нам связь между этими двумя процессами. Мы считаем, что это обеспечивает специфичность процесса именно для вируса и позволяет избежать потенциального повреждения собственного генома бактерии", — говорит Ребекка Тернс.

Результаты указывают на участие Cas9 в распознавании вторичного сигнала подтверждения захватчика, называемого PAM.

• Исследование описывает базовый набор механизмов, необходимых для получения специфического фрагмента вирусной последовательности и его вставки в определённое место.
• Участие Cas9 в обоих процессах представляет собой большой шаг вперёд в понимании того, как бактерии отличают, какую ДНК резать, и как фермент подтверждает это решение.

Хотя биологи изучают бактерии почти век, эта иммунная система была открыта только в последние 10 лет. Поле CRISPR-CAS-иммунитета бактерий стало объектом интенсивного интереса в биотехнологических и биомедицинских исследованиях.

"Cas9 — это компонент иммунной системы, который можно запрограммировать с помощью РНК на выбор, чтобы он пошёл и разрезал нужный фрагмент ДНК", — объясняет Майкл Тернс.

Это открытие иллюстрирует важность фундаментальных исследований: изучая базовый биологический путь — защиту бактерий от вирусов, — учёные разработали неожиданный инструмент, который потенциально может лечить генетические заболевания у людей.