Новые подробности работы системы бактериального иммунитета CRISPR-Cas раскрыли в Сколтехе

Открыты неожиданные последствия влияния CRISPR-Cas систем на процесс инфекции бактерий вирусами-бактериофагами.

Иллюстрация Global Look Press.

Учёные из России и США под руководством директора Центра системной биомедицины и биотехнологий Сколтеха, профессора Константина Северинова опубликовали две новые работы о механизме действия CRISPR-Cas – иммунной системы бактерий, которая произвела революцию в области геномного редактирования.

Они выявили неожиданные последствия влияния CRISPR-Cas-систем на процесс инфицирования бактерий вирусами-бактериофагами, а также изучили детали того, как бактерии приобретают иммунологическую "память" о перенесённых ранее вирусных инфекциях.

Напомним, что CRISPR-Cas-системы защищают бактерии от вирусов (что было взято на вооружение человечества). Система CRISPR-Cas состоит из сегмента ДНК бактериальной хромосомы, который называется CRISPR-кассета, и Cas-генов, отвечающих за производство Cas-белков. CRISPR-кассета включает в себя короткие повторяющиеся последовательности ДНК, разделённые уникальными участками – спейсерами, заимствованных бактерией из чужеродной вирусной ДНК. В том случае если последовательность спейсера совпадает с последовательностью чужеродной ДНК, появившейся в клетке, Cas-белки могут распознать её и уничтожить.

Статья аспирантки Сколковского института науки и технологий (Сколтеха) Александры Строцкой и её коллег посвящена изучению процесса заражения бактериофагами бактерий, имеющих соответствующие этим вирусам спейсеры.

"Самым важным и неожиданным нашим заключением стало то, что в отличие от "нормальных" иммунных систем, например человеческой, CRISPR-Cas-система не спасает индивидуальные клетки: все инфицированные клетки умирают. Однако в отличие от обычной инфекции незащищённых клеток, в клетках с CRISPR-Cas не образуется вирусное потомство. То есть инфицированная клетка, способная распознать вирусную ДНК с помощью CRISPR-Cas, погибает альтруистичной смертью, спасая другие клетки и снижая вероятность распространения инфекции по популяции," – рассказывает Александра.

Статья аспирантки Сколтеха Ольги Мушаровой посвящена тому, как спейсеры, соответствующие чужеродной ДНК, попадают в CRISPR-кассету. Как мы уже сказали, для того чтобы распознавать последовательности ДНК вируса, в CRISPR-кассете бактерии должны присутствовать соответствующие спейсеры. Но как и откуда они берутся? Ольга и ее коллеги обнаружили, что встраивание спейсеров происходит в то время, когда инфицированная клетка пытается бороться с вирусом, разрушая его ДНК. Некоторые из этих попыток случайно приводят к образованию кусочков ДНК, длина которых совпадает с длиной спейсеров, Такие кусочки встраиваются в CRISPR-кассету, что даёт клетке и её "потомкам" возможность эффективно бороться с вирусом.

"Наши результаты дали возможность построить полную модель CRISPR-иммунитета – от исходной "вакцинации", то есть приобретения нового спейсера, до разрушения ДНК вируса во время последующих инфекций. Некоторые моменты нашей модели не совпадают с данными, представленными нашими коллегами из США и Нидерландов. Мы попытаемся найти причины этих расхождений при личных встречах на международной конференции, посвященной CRISPR-системам, которая пройдёт в Монтане. Знание того, как формируется ДНК "память" в CRISPR-кассетах, может оказаться полезным при создании новых бактериальных штаммов и для эпидемиологических исследований", – говорит Ольга.

Результаты работ опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" сообщали о том, что битву за патент на метод генетического редактирования CRISPR выиграл Институт Броуда.