Учёные Rockefeller разрешили спор о том, как бактерии отражают атаки захватчиков
Человеческое тело содержит в 10 раз больше бактериальных клеток, чем человеческих. Многие из них полезны, но многое в их работе остаётся загадкой. В исследовании, опубликованном 7 мая в Cell, учёные из Rockefeller раскрыли механизм фундаментального процесса, который бактерии используют для защиты от вторжений.
Годы исследований давали противоречивые данные о работе иммунной системы типа III CRISPR-Cas, встречающейся у многих видов бактерий. Одни эксперименты показывали, что она атакует ДНК вторгшегося вируса, а другие — что она способна расщеплять только вирусную РНК.
Лучано Марраффини и Пулами Самай из Rockefeller решили разгадать эту загадку. В своих экспериментах Самай, постдок, протестировала расщепление ДНК и РНК системой типа III CRISPR-Cas, добавив ключевой компонент, который раньше не использовали, — фермент РНК-полимеразу (клетка использует его для транскрипции ДНК в РНК). Они обнаружили, что CRISPR-Cas действительно расщепляет РНК, произведённую из вирусной ДНК, но также расщепляет и саму вирусную ДНК.
По словам Марраффини, такая двухкомпонентная система имеет преимущества. Многие вирусы встраиваются в геном клетки-хозяина и остаются в спящем состоянии, не причиняя вреда. Более того, они могут приносить бактериям пользу, например, неся гены токсинов (как в случае с токсином дифтерии, ген которого происходит от вируса).
«Требуя, чтобы вирусы начали транскрибировать свою ДНК в РНК перед их уничтожением, система типа III CRISPR-Cas оставляет спящие вирусы нетронутыми, позволяя им продолжать приносить пользу бактериям-хозяевам», — отмечает Марраффини.
Изучение деталей работы микробов может иметь важные последствия для науки и медицины. Микробы не только невероятно распространены, но и стали источником технологических инструментов, революционизировавших науку.
«Более сорока лет назад учёные открыли ферменты, разрезающие ДНК, изучая вирусы, инфицирующие бактерии. Это вдохновило на создание нового класса инструментов, совершивших революцию в биомедицине», — говорит Марраффини.
Сейчас новая технология на основе другого типа CRISPR-Cas ведёт к новой волне революции, позволяя учёным легко манипулировать геномами. «Это свидетельство того, насколько полезна может быть базовая биология микробов. Микробы — важнейшая часть биологии планеты, и важно понимать, как они работают».