Исследователи разработали физическую модель оптимального иммунного репертуара бактерий

Работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences, представляет новую физическую модель. Она объясняет, почему бактерии хранят в своём геноме (CRISPR-кассете) лишь 50–100 фрагментов вирусной ДНК (спейсеров), хотя могли бы удерживать тысячи.

Модель, созданная учёными из Американского физического общества, Института Макса Планка, Пенсильванского и Торонтского университетов, описывает это как компромисс между объёмом памяти и скоростью реакции на новые инфекции. Расчёты показали, что оптимальный размер иммунного репертуара составляет всего несколько десятков спейсеров.

Почему меньше — лучше?

• Ограниченные ресурсы: Спейсеры должны быть транскрибированы и присоединены к белкам Cas для иммунного ответа. Количество доступных Cas-белков ограничено.
• «Плата» за память: Хранение избыточной памяти снижает скорость реакции на новую угрозу, так как молекулярные машины клетки перегружены.
• Необходимость точности: Для предотвращения ошибок иммунный ответ запускается только после связывания с вирусом нескольких Cas-белков. Эта особенность, учтённая в модели, подчёркивает важность ограниченности ресурсов.

«Память бесполезна, если у вас нет способа её использовать», — объясняет старший автор Виджай Баласубраманян. — «Поскольку молекулярные машины ограничены, бактерии хранят только то, что наиболее полезно».

Это исследование — один из первых примеров применения физического подхода для установления вычислительных принципов, лежащих в основе CRISPR-иммунитета в природе. В планах учёных — изучить, как другие иммунные механизмы влияют на «глубину» памяти бактерий и как они распределяют её против разных типов вирусов.