Новости и мнения

Исследователи открыли 10 новых иммунных систем в бактериях

Полученные результаты более чем вдвое увеличивают число известных защитных механизмов, что вызывает интерес у разработчиков инструментов молекулярной биологии.

Бактерии защищались от фагов – вирусов, которые атакуют бактериальные клетки – на протяжении миллиардов лет, и разблокирование иммунных механизмов, которые они используют для защиты себя, привело к разработке мощных инструментов молекулярной биологии, таких как рестрикционные ферменты и CRISPR-Cas9. Теперь, исследователи сообщают в Science сегодня (25 января), что они обнаружили еще 10 иммунных систем, которые бактерии используют, чтобы защитить себя от фагов и плазмид, открывая возможность добавлять новые инструменты в набор инструментов молекулярной биологии.

«[Исследователи] более чем удвоили системы, о которых мы знаем, которые участвуют в защите фагов», – говорит Лори Берроуз , профессор биохимии в Университете Макмастера, Онтарио, который не принимал участия в исследовании. «Это настоящий подвиг биоинформатики».

У бактерий есть много сложных линий защиты от фагов, но неизвестно, сколько из них все еще ждут открытия. Ротем Сорек , специалист по молекулярной генетике в Научном институте Вейцмана в Израиле, и его коллеги пытались всесторонне идентифицировать бактериальные системы противофаговой защиты. Они проанализировали около 45 000 геномов бактерий и архей, изучая кластеры генов, которые расположены рядом с так называемыми «островками защиты», где обнаружены ранее идентифицированные защитные гены. Когда они натолкнулись на гены, которые выглядели многообещающими как иммунные участники, исследователи перенесли их в бактерии модельного организма, а затем напали на них с помощью заграждения фагов для проверки их функций.

Из 26 протестированных антифаговых систем девять оказались вовлечены в противофаговый иммунитет, а одна – в антиплазмидную защиту. Команда Сорека назвала каждую семью в честь мифологического защитного божества, такого как Друантия, галльский архетип вечной матери, и Кива, божественный хранитель океана в традициях маори.

Хотя другие 16 систем не отразили патогены во время анализа, все еще возможно, что они могут быть действительными защитными системами, говорит Сорек. «Вполне возможно, что этим системам нужно что-то, что закодировано в геноме происхождения, которого нет в модельном организме», – говорит он Ученому . «Другая возможность заключается в том, что промоторы систем или других элементов не функционируют должным образом в принимающем организме».

Смотрите «Ученые определяют вирусную систему связи»

По большей части Сорек и его коллеги еще не раскрыли механизмы, с помощью которых эти системы защищают бактерии от фагов, хотя они нашли ключи к тому, как некоторые из них работают. Система «Theoris», названная в честь египетского защитного божества при родах и фертильности, содержит домен Toll-Interleukin Receptor (TIR), который обеспечивает белковые взаимодействия при внутриклеточной передаче сигналов и ранее была идентифицирована как связанная с прокариотическими генами Argonaute, участвующими в РНК-интерференции. (иРНК).

В системе «Зоря», названной в честь славянского божества, группа Сорека обнаружила, что механизм иммунитета содержит компоненты протонного канала, который также используется в двигателях бактериальных жгутиков. «У нас есть некоторые предварительные доказательства того, что протонный канал может быть использован для самоубийства – для деполяризации мембраны после заражения бактерий», – говорит Сорек, убивая бактериальную клетку. «Мы считаем, что дополнительные исследования позволят узнать больше об [этих] механизмах».

Исследователи полагают, что, как только механизмы действия будут лучше поняты, аспекты иммунной системы могут быть приняты в качестве инструментов молекулярной биологии. Например, открытия ферментов рестрикции и, позднее, CRISPR-Cas9 – оба из которых были адаптированы бактериальной иммунной системой – произвели революцию в молекулярной биологии.

«Всякий раз, когда обнаруживается сложная иммунная система и в конце концов понимается ее механизм, она может стать очень эффективным инструментом», – говорит Сорек. Иммунные системы должны быть очень избирательными в идентификации конкретных молекул, чтобы хорошо функционировать, говорит он. «В молекулярной биологии это именно то, что нам нужно».

«[Исследование] очень круто с научной точки зрения, но вы сразу понимаете, что есть законное влияние», – говорит Родольф Баррангу , исследователь CRISPR из Университета штата Северная Каролина, который не принимал участия в исследовании. «Очевидно, что, поскольку люди характеризуют эти системы и раскрывают биологию, лежащую в основе механизма действия, существует огромный потенциал для превращения некоторых из них в технологические центры и в следующее поколение молекулярных инструментов, полученных из взаимодействий хозяина-фага».

Чем больше альтернатив доступно CRISPR, тем лучше, говорит Барроуз. Расширение нашего понимания бактериальной защиты может также иметь более широкое применение. «Чем больше мы понимаем об этих типах систем, тем больше мы можем думать о том, как обойти их с точки зрения использования фагов для терапии против устойчивых к антибиотикам организмов», – говорит она.

Сорек и его коллеги планируют углубиться в механизмы недавно обнаруженных генов, а также активно искать дополнительные иммунные системы. Они также попытаются выяснить, как фаги наносят ответный удар, говорит он. «Некоторые фаги могут преодолеть эту защиту, и мы хотим знать, как».

С. Дорон и др., «Систематическое открытие систем защиты от фагов в микробном пангеноме», Science , doi: 10.1126 / science.aar4120, 2018.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *