Новые данные об эволюции иммунной системы CRISPR
Новые данные о том, как эволюционировал и адаптировался генетический инструмент CRISPR-Cas, позволяющий напрямую редактировать гены, приближают нас к пониманию постоянной борьбы за выживание в природе. Результаты могут быть использованы в будущих биотехнологиях.
Хотя CRISPR-Cas широко применяется в биотехнологии и медицине, он происходит из природы, где функционирует как микробная иммунная система. Подобно нашей иммунной памяти, CRISPR-Cas позволяет микроорганизмам быстро реагировать на ранее встреченные вирусы, храня фрагменты вирусной ДНК в собственном геноме.
Почему среди генов CRISPR-Cas есть токсины?
Исследователи из Орхусского университета (Дания) в сотрудничестве с учёными из Университета Копенгагена и Университета Олд Доминион (США) выяснили, как часть CRISPR-Cas, отвечающая за встраивание чужеродной ДНК в геном микроорганизма, произошла от другого, очень распространённого типа генов в бактериях и археях, кодирующих токсины.
Это даёт представление об эволюционном процессе, в котором гены токсинов, присутствовавшие на ранних этапах развития жизни, со временем были интегрированы и адаптированы как часть модулей CRISPR-Cas. Впервые получен ответ на давний вопрос, почему среди генов CRISPR-Cas существуют гены токсинов.
«Понимание того, как определённые белки "перерабатываются" в разных ситуациях, чрезвычайно полезно. Оно открывает возможность использовать их в качестве специфических инструментов в генной инженерии», — объясняет доцент Дитлев Э. Бродерсен.
Постоянная битва между микроорганизмами и вирусами
В другой статье, опубликованной в Nature Communications, описаны детали борьбы между археей Sulfolobus islandicus (обитающей в кипящих грязевых лужах Исландии при 80–100°C и кислотности, соответствующей желудочной) и её врагами — ДНК-вирусами.
Чтобы противостоять атакам, Sulfolobus развил CRISPR-Cas защиту, сохраняя части вирусной ДНК. Однако вирус выработал контрмеру — белок анти-CRISPR, который блокирует иммунный ответ.
Исследователи впервые визуализировали, как белок анти-CRISPR прочно связывается с крупнейшим белком системы CRISPR-Cas, напрямую препятствуя уничтожению вирусной ДНК. Таким образом, вирус временно обходит защиту.
«Теперь мы знаем детали блокировки. Возможно, микробы начнут вырабатывать анти-анти-CRISPR белки. Пока что мяч на половине поля Sulfolobus, а "холодная война" всегда горяча в кипящем источнике», — говорит Дитлев Бродерсен.
Результаты дают представление о гонке вооружений, постоянно происходящей в природе, где эволюция жизни — это постоянная борьба за выживание.