Определена структура молекулярной машины, нацеливающейся на уничтожение вирусной ДНК

Исследователи из Университета штата Монтана внесли значительный вклад в понимание новой области исследований ДНК с аббревиатурой CRISPR, опубликовав статью в выпуске журнала Science от 7 августа.

Исследование под руководством MSU впервые предоставило детальную схему многосубъединичной "молекулярной машины", которую бактерии используют для обнаружения и уничтожения вторгающихся вирусов.

"Бактерии эволюционировали сложные иммунные системы для защиты от вирусов. Теперь у нас есть точная молекулярная схема машины наблюдения, критически важной для противовирусной защиты", — сказал Блейк Виденхефт, старший автор статьи.

Эти иммунные системы полагаются на повторяющийся участок ДНК в бактериальном геноме, называемый CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Эти повторяющиеся элементы сохраняют молекулярную память о вирусной инфекции, встраивая короткие сегменты ДНК вторгшегося вируса в ДНК "защищающейся" бактерии. Эта информация затем используется для наведения иммунной системы бактерии на уничтожение вторгающейся вирусной ДНК.

Молекулярная схема комплекса наблюдения была определена командой учёных из лаборатории Виденхефта в MSU с помощью метода рентгеновской кристаллографии. Постдокторант лаборатории Райан Джексон собрал данные рентгеновской дифракции на источниках синхротронного излучения в Чикаго, Беркли и Стэнфорде.

"Эта машина наблюдения состоит из 12 различных частей, и каждая часть машины имеет определённую работу. Если нам не хватает одной части машины, она не работает", — пояснил Виденхефт.

Понимание работы этих систем ведёт к новым инновациям в медицине, биотехнологии и сельском хозяйстве. Эти CRISPR-ассоциированные машины являются программируемыми нуклеазами (молекулярными ножницами), которые теперь используются для точного изменения последовательности ДНК почти любого типа клеток.

"В природе эта иммунная система эволюционировала для защиты бактерий от вирусов, но мы теперь перепрофилируем эти системы для вырезания вирусной ДНК из человеческих клеток, заражённых ВИЧ. Это можно рассматривать как форму ДНК-хирургии", — сказал Виденхефт.

"Мы знаем генетическую основу многих болезней растений, животных и человека, и эти CRISPR-ассоциированные нуклеазы теперь используются в исследовательских целях для хирургического удаления или восстановления дефектных генов. Эта технология революционизирует молекулярную генетику", — отметил Виденхефт.