Учёные прояснили механизм бактериальной устойчивости

Голландские исследователи из Вагенингенской лаборатории микробиологии вместе с американскими и российскими коллегами в значительной степени прояснили работу одной из защитных систем бактерий. Результаты опубликованы в начале июня в научном журнале PNAS.

Исследованная иммунная система называется CRISPR/Cas комплекс и присутствует у половины всех бактерий. Это белково-РНК комплекс, который блокирует вирусы, связываясь с их ДНК и предотвращая размножение.

Как работает система:

• После заражения клетки вирусом комплекс сканирует генетический материал захватчика.
• Он распознаёт две специфические части вируса:
  1. Протоспейсер — небольшой фрагмент ДНК вируса, который специфически связывается с РНК комплекса CRISPR/Cas.
  2. PAM-мотив — ещё меньший фрагмент ДНК рядом с протоспейсером.
• Если обе части присутствуют и совпадают, иммунная система запускает контратаку, разрушая вирусную ДНК.

Оба элемента — протоспейсер и PAM — критически важны для распознавания. «Когда мы предоставили лабораторные вирусы, у которых PAM был удалён точечной мутацией, процесс резистентности не запускался», — объясняет профессор микробиологии Джон ван дер Ост.

Бактерии постоянно обновляют свою иммунную систему. При появлении нового вируса комплекс CRISPR/Cas создаёт его генетическую копию в форме РНК (спейсер). Этот спейсер добавляется к белковому комплексу и активируется при повторной атаке вируса. Следующее поколение бактерий также получает защиту, так как весь комплекс CRISPR/Cas передаётся по наследству.

Практическое значение:

• Для производителей: знание механизма позволяет повышать устойчивость полезных бактерий.
• Пример: в 2008 году исследовательская группа ван дер Оста внедрила комплекс CRISPR/Cas в бактерию, не имевшую подобной системы. Это сделало бактерию в десять миллионов раз более устойчивой к определённому вирусу.
• Молочная промышленность уже использует эти знания, защищая йогуртовые культуры от новых вирусов путём естественной рекомбинации и расширения их CRISPR/Cas комплексов.

Публикация в PNAS — третья подряд, посвящённая комплексу CRISPR/Cas, и, вероятно, не последняя. Вскоре ожидается статья в журнале Nature.