CRISPR-Cas9 действует как страж иммунной памяти бактерий

Исследователи из Мичиганского университета обнаружили новую функцию белка Cas9 в системе CRISPR-Cas9. Ранее считалось, что "пустая" форма Cas9, не связанная с направляющими РНК (crRNA и tracrRNA), не выполняет биологических функций. Новое исследование, опубликованное в Nature, опровергает это.

Изучение формирования иммунной памяти

Учёные во главе с Яном Чжаном создали модель для изучения приобретения новых "воспоминаний" (спейсеров) у бактерии Neisseria meningitidis (возбудитель менингита) после заражения фагом. Они использовали глубокое секвенирование, чтобы наблюдать добавление новых спейсеров в CRISPR-массив.

Ключевое открытие: Когда команда удалила гены tracrRNA или crRNA, процесс приобретения новых спейсеров не остановился, а, наоборот, значительно усилился. Восстановление РНК возвращало процесс к нормальному уровню.

Это означает, что апо-Cas9 (форма без РНК) активно стимулирует формирование иммунной памяти, что стало неожиданностью для научного сообщества.

Cas9 как регулятор

Исследователи предложили модель, согласно которой Cas9 действует как монитор уровня РНК. Когда в клетке мало CRISPR-РНК (что сигнализирует о коротком CRISPR-массиве и малом количестве иммунных "воспоминаний"), преобладает апо-Cas9. Он динамически усиливает захват новых спейсеров, чтобы быстро нарастить банк памяти и защитить уязвимые бактерии от инфекции.

Естественные сценарии для короткой памяти

Учёные описали три естественных условия, при которых бактерии могут иметь короткие CRISPR-массивы:

  1. Ранняя эволюционная стадия, когда массив только что сформирован и почти не содержит спейсеров.
  2. Сброс вредных или аутоиммунных "воспоминаний" для приобретения новых полезных признаков.
  3. Гомологичная рекомбинация между повторами CRISPR, которая стирает промежуточные спейсеры.

Значение исследования

Это исследование расширяет известные функции Cas9 и заполняет критический пробел в понимании того, как система CRISPR-Cas9 поддерживает гомеостаз иммунной памяти. Описанная динамическая петля обратной связи предлагает новый взгляд на то, как бактерии регулируют глубину своей иммунной памяти. Это также может вдохновить на создание новых CRISPR-инструментов для молекулярной записи данных или ДНК-штрихкодирования в исследованиях и медицине.