Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Как бактерии «самовакцинируются» против вирусных захватчиков

Как и на большинство организмов, на бактерии охотятся вирусы, и их подход к уничтожению захватчиков состоит в том, чтобы просто их измельчить. Как только она увидит вирус, бактерия может использовать множество иммунных стратегий, чтобы нарезать свой геном с помощью молекулярных резаков, таких как CRISPR-Cas, также названный в честь популярного лабораторного инструмента.

Новое исследование показывает, что стратегии защиты бактерий не работают изолированно. Исследователи из Университета Рокфеллера обнаружили удивительный уровень взаимодействия между системой CRISPR-Cas и другой известной защитной стратегией бактерий, известной как ферменты рестрикции . «Многие ученые использовали одну или обе эти системы в своих исследованиях, но мы не знали, в какой степени они связаны с бактериями», — говорит Лучано Марраффини, профессор семьи Кайден в Рокфеллеровском институте и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза.

Выводы, опубликованные в журнале Molecular Cell , показывают, что хотя рестрикционные ферменты действуют как первая линия защиты, они также подготавливают материал, который CRISPR-Cas потребуется для точного нацеливания на вирус . «Механизм напоминает наш собственный многоаспектный иммунный ответ», — говорит Марраффини. «Он включает в себя временную первую линию защиты перед активацией второй, более надежной адаптивной реакции».

Многоступенчатая защита

Ферменты рестрикции способны расщеплять короткие последовательности ДНК, поэтому бактерия использует их, как только вирус вторгается в бактериальную клетку. CRISPR-Cas, более сложная система, появится позже. В то время как рестрикционный фермент измельчает вирусную ДНК с грубостью газонокосилки, CRISPR-Cas похож на острые, как бритва, ножницы, используемые кропотливым садовником. Он разрезает вирус-нарушителя с безупречной точностью, аккуратно выравнивая его по молекулярному ориентиру, нацеленному на определенную генетическую последовательность.

Оба типа бактериальной защиты обычно используются биологами, чья повседневная работа связана с манипулированием ДНК для различных целей, таких как секвенирование генов, обеспечение флуоресценции молекул или создание животных с модифицированными геномами. В 1970-х годах ученые использовали ферменты рестрикции для разработки нового инструмента под названием рекомбинантная ДНК, который позволил клонировать и изучать отдельные гены. А десять лет назад технология, основанная на CRISPR-Cas, произвела революцию в бионауке, предоставив ученым средства для редактирования геномов в живых клетках и организмах.

Работая со Staphylococcus aureus, Паскаль Магуин, аспирант лаборатории Марраффини, обнаружил, что стратегии уничтожения вирусов этой бактерии лучше работают вместе, чем по отдельности. Когда стафилококк защищен только ферментами рестрикции, его защита недолговечна, потому что некоторые вирусы в конечном итоге начинают защищать свою ДНК, а через некоторое время, как показывают их исследования, количество бактерий , растущих в чашке, начинает сокращаться. Однако если Staph имеет доступ к обеим системам, они быстро восстанавливаются.

Магуин и его коллеги обнаружили, как эти две системы работают вместе: сегменты, ранее отрезанные ферментами рестрикции, помогают механизму CRISPR-Cas генерировать молекулярный ориентир, необходимый для обнаружения вирусов и прекращения инфекции.

«Это немного похоже на вакцинацию, — говорит Марраффини. «Рестрикционный фермент вырезает маленькие кусочки вируса, которые CRISPR затем использует для создания адаптивного ответа».

Полученные данные могут не только помочь нам понять, как Staph защищает себя от вирусов; есть шанс, что они также помогут нам лучше защитить себя от стафилококка — вида, печально известного своей способностью становиться устойчивыми к антибиотикам. В прошлом году команда Маррафини обнаружила, что бактерия использует свою систему CRISPR-Cas не только для защиты от вирусов, но и для развития множественной лекарственной устойчивости. Лучшее понимание системы может однажды позволить ученым манипулировать ею с помощью лекарств для борьбы со стафилококковыми инфекциями, которые не поддаются никакому другому лечению.

Как бактерии «самовакцинируются» против вирусных захватчиков

Теги: вакцина, вирус

В тренде