Учёные раскрыли механизм «кражи» чужеродной ДНК для бактериальной иммунной системы CRISPR/Cas

Исследователи из группы Дженнифер Даудны определили структурную основу того, как бактерии захватывают генетическую информацию вирусов и других захватчиков для своей иммунной системы. Работа опубликована в журнале Nature.

Как работает бактериальный иммунитет

• Бактерии защищаются от вирусов и плазмид с помощью адаптивной иммунной системы, основанной на участке ДНК — CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats).
• Этот участок состоит из повторяющихся элементов, разделённых «спейсерами» — фрагментами чужеродной ДНК.
• Вместе с Cas-белками система позволяет бактерии создавать кастомизированные РНК, которые «выключают» ДНК захватчика, и «запоминать» прошлые инфекции, интегрируя спейсеры в свои CRISPR-локусы.

Ключевое открытие

Ранее было известно, что за «кражу» и «запоминание» чужеродной ДНК отвечают всего два белка — Cas1 и Cas2. Новое исследование раскрыло механизм их работы:

• Изучив рентгеноструктурные кристаллы ферментов Cas1 и Cas2 в Escherichia coli на синхротроне ALS, учёные обнаружили, что эти белки действуют как молекулярные линейки.
• Они не только распознают чужеродную двуцепочечную ДНК, но и точно измеряют её в процессе захвата.
• Неожиданным открытием стало то, что Cas1 разделяет концы двуцепочечной ДНК, создавая структуру с центральной двуцепочечной областью и одноцепочечными концами.

Значение для науки

Это открытие даёт основу для потенциального применения механизма в редактировании геномов:

«Теперь мы знаем, что можем запрограммировать Cas1 и Cas2 ДНК-субстратами, содержащими центральную двуцепочечную область и одноцепочечные концы, и, возможно, вставлять эти субстраты в специфические сайты целевого генома для целей редактирования», — поясняет соавтор работы Джеймс Нуньес.

Понимание того, как Cas1 и Cas2 функционируют в бактериальных геномах, предоставляет возможный механизм для изучения или коррекции проблем в геномах человека.