Раскрыт ключевой механизм иммунологической памяти у бактерий

Исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) выяснили, как бактерии «крадут» генетическую информацию у вирусов и других чужеродных агентов для своей системы иммунологической памяти. Это открытие может сделать мощный инструмент редактирования генома CRISPR-Cas ещё более эффективным.

Ключевые белки памяти: Cas1 и Cas2

Учёные показали, что для этого процесса бактериям необходимы всего два белка — Cas1 и Cas2. Биохимик Дженнифер Даудна, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Nature, отметила, что это открытие может предоставить альтернативный способ введения нужной генетической информации в человеческую клетку или коррекции дефектов в существующем геноме.

Как работает CRISPR-иммунитет

Бактерии и археи используют адаптивную иммунную систему, основанную на участке ДНК под названием CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Этот участок состоит из повторяющихся элементов, разделённых «спейсерами» — переменными последовательностями, которые и являются памятью о прошлых инфекциях. В сочетании с Cas-белками система позволяет бактериям использовать небольшие молекулы РНК для подавления генетического материала захватчиков и приобретать иммунитет к будущим атакам.

Механизм «кражи» и вставки спейсеров

Работая с бактерией E. coli и используя высокопроизводительное секвенирование, команда обнаружила, как спейсеры из генома захватчика переносятся в CRISPR-локус хозяина. Белки Cas1 и Cas2 распознают повторяющиеся последовательности в локусе CRISPR, которые образуют крестообразные (cruciform) структуры ДНК. Эти структуры служат точкой привлечения Cas1 и Cas2 для точной вставки спейсерных последовательностей от вируса или плазмиды. После завершения процесса бактерия становится иммунной к будущим инфекциям того же типа.

Перспективы для генной инженерии

Исследователи полагают, что в будущем можно будет запрограммировать белки Cas1 и Cas2 на вставку заданной ДНК-последовательности (например, кодирующей нужный белок) в определённый сайт генома человеческой клетки. Как отметил ведущий автор работы Джеймс Нуньес, бактерии и археи используют эти белки для «иммунизации» миллионы лет. Следующая задача — выяснить правила этого процесса и научиться применять их к клеткам человека.