Многообразие бактериальной системы защиты

Даже у бактерий есть своего рода «иммунная система» для защиты от нежелательных захватчиков — вирусов (бактериофагов). Учёные из Центра исследования инфекций им. Гельмгольца (HZI, Брауншвейг, Германия) показали, что эта система защиты гораздо разнообразнее, чем считалось ранее, и существует в множестве версий. Их цель — использовать различные вновь обнаруженные версии гена CRISPR-Cas для направленного манипулирования генетической информацией, особенно в медицинских целях.

Основная задача бактериальной защиты — избавиться от вирусов. Фермент Cas распознаёт чужеродные ДНК (например, от бактериофагов) и разрезает их в определённых местах. Для распознавания требуется молекулярная копия характерных участков чужой ДНК — своеобразный «молекулярный профиль». Этот профиль существует в форме РНК, а его шаблон хранится в собственных генах бактерии, в областях, называемых CRISPR (кластеризованные регулярно расположенные короткие палиндромные повторы). Вместе фермент и профильная РНК составляют систему CRISPR-Cas.

Рабочая группа профессора Эмманюэль Шарпантье проанализировала геномы нескольких сотен видов бактерий в поисках генов CRISPR-Cas и сделала ряд открытий. «Нам удалось идентифицировать новые гены CRISPR-Cas у ряда видов бактерий», — говорит Шарпантье. Среди них — опасные патогены, такие как Streptococcus pyogenes и возбудитель менингита Neisseria meningitidis. Гены были обнаружены с помощью компьютерного анализа известных последовательностей ДНК бактерий. Вывод исследователей: «Система CRISPR не только широко распространена среди бактерий, но и существует в невероятном диапазоне различных версий».

Знание об этих различных версиях представляет не только академический интерес, но и может быть чрезвычайно полезно для генной инженерии. «Система CRISPR-Cas способна разрезать ДНК в очень специфичных местах, — объясняет Шарпантье. — Фермент Cas уже можно модифицировать так, чтобы он стал активен не только в бактериях, но и в культурах клеток животных и человека». Если такой фермент снабдить новыми РНК-«профилями», он разрежет геном клетки в строго определённых местах. «Если затем использовать специфичные клеточные механизмы репарации, чтобы соединить свободные концы ДНК, можно целенаправленно встраивать новые участки генов в клеточную ДНК».

Это открывает значительные возможности для новых форм терапии. «Я уверена, что технология CRISPR-Cas обладает огромным потенциалом, — говорит Шарпантье. — Особенно для медицинских применений, таких как генная терапия».