Как бактерии отличают свою днк от вирусной

28.10.2010 Наука и жизнь

Молекулярный мусор оказывает помощь бактериальной клетке запоминать последовательности из вирусных генов, дабы потом применять их для отражения вирусной атаки.

Мы с детства не забываем картину из школьного книжки: вирус-бактериофаг с «головой»-многогранником, стебельчатым «туловищем» и несколькими «ножками», похожий на какой-то таинственный аппарат, садится на бактериальную клетку и впрыскивает в неё собственный геном. Последствия операции – в клетке появляются новые вирусные частицы (всё те же «головы», «ножки» и «туловища»), каковые в итоге разрушают бактерию. Она думается нам совсем беспомощной перед вирусной атакой но было бы вправду необычно, если бы бактериальные клетки не обзавелись антивирусной «совокупностью сдерживания».

Бактериофаги под электронным микроскопом. (Фото Dr. Harold Fisher / Visuals Unlimited / Corbis.) Бактериофаги на кишечной палочке.(Фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc. / Visuals Unlimited / Corbis.) Реплицирующаяся ДНК – два репликационные пузыри появились в том месте, где идёт синтез второй копии молекулы. (Фото Dr.Как бактерии отличают свою днк от вирусной Gopal Murti / Visuals Unlimited / Corbis.)‹ ›

Такие совокупности вправду имеется, и одну из них, называющиеся CRISPR/Cas, довольно часто именуют бактериальным иммунитетом – по причине того, что с её помощью бактерия может запоминать данные о вирусах и применять её для защиты от будущих зараз. Другими словами тут у нас имеется аналог иммунной памяти многоклеточных животных.

Трудится она так: в бактериальной хромосоме имеется участок CRISPR, сокращённо от Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats – маленькие палиндромные повторы в ДНК, систематично расположенные группами. Повторы перемежаются вторыми последовательностями, каковые происходят из генома бактериофагов. Это и имеется «иммунная память». В то время, когда в клетке появляется чужеродная ДНК, бактерия снимает РНК-копию с «запомненной» последовательности и сравнивает её с инопланетянином.

В случае если совпадение имеется, значит, чужую ДНК необходимо уничтожить. Очевидно, вся процедура осуществляется посредством особых протеиновых комплексов.

Каждая защитная совокупность обязана отличать собственных от чужих. Отечественный иммунитет не должен атаковать здоровые клетки тела, соответственно, бактериальная совокупность CRISPR/Cas обязана как-то ощущать отличие между ДНК и ДНК вируса самой бактерии ещё на стадии «запоминания». В действительности, у бактерий имеется и «аутоиммунные болезни», в то время, когда совокупность антивирусной защиты начинает повреждать их собственную ДНК, но такие случаи очень редки.

Другими словами механизм различения «собственный-чужой» однако трудится.

Как именно он трудится, выясняли исследователи из Университета Вейцмана  и Тель-Авивского университета. Они ввели в бактериальную клетку плазмиду, которая имитировала вирус. (Плазмидами именуют маленькие кольцевые молекулы ДНК, существующие у бактерий наравне с основной громадной хромосомой; они владеют большой самостоятельностью и смогут удваиваться независимо от репликации хромосомы, которая привязана к клеточному делению.) Посредством белков Cas1 и Cas2 (каковые входят в совокупность CRISPR/Cas) бактерия встраивала ДНК плазмиды в хромосому, причём как раз в том направлении, где обязана храниться информация о вирусной инфекции.

 

Выяснилось, как пишут Ротем Сорек (Rotem Sorek) и его коллеги в Nature, совокупность CRISPR и её белки Cas1 и Cas2 распознавали как раз ту ДНК, которая через чур деятельно удваивалась. А ведь это вирусная стратегия: любой ценой создать как возможно больше копий собственного генома. Иными словами, в случае если молекулярные компоненты CRISPR/Cas ощущали ДНК, которая скоро размножается, то совокупность делала вывод, что в клетку пробрался вирус и его необходимо запомнить.

Но как как раз происходило узнавание?

При репликации ДНК в ней неизбежно случаются повреждения, разрывы, каковые тут же ремонтируются репарационными автомобилями. Репарирующие ферменты сперва обрабатывают место повреждения так, дабы его комфортно было ремонтировать, а позже уже фактически ликвидируют разрыв. Вот в ходе подготовки к ремонту от ДНК и остаются фрагменты, каковые «иммунная совокупность» бактерий может подхватить и засунуть в собственную «библиотеку вирусов».

Иначе, в бактериальной ДНК имеется определённые сигнальные последовательности, каковые говорят репарирующей машине, в то время, когда необходимо прекратить улучшать место повреждения. Такие стоп-сигналы уменьшают количество ДНК-обрезков, каковые может применять совокупность CRISPR/Cas. И – самое основное – таких стоп-сигналов большое количество в ДНК бактерий, но практически нет в ДНК вирусов.

Другими словами при ремонте вирусной ДНК молекулярного мусора образуется большое количество, а при ремонте бактериальной ДНК – значительно меньше. 

Получается, что бактериальные клетки применяют два самых простых процесса, репарацию и репликацию, дабы отличить собственную ДНК от чужой; но, помимо этого, у них имеется ещё и маркеры – особые нуклеотидные последовательности, каковые оказывают помощь оптимизировать процедуру и сделать её более действенной.

Предохранительную совокупность CRISPR/Cas нашли всего пара лет назад, и она мгновенно стала исследовательским «хитом». Дело не только в том, что, влияя на иммунитет вредных бактерий, мы можем подавить их рост посредством бактериофагов, и тем самым уменьшить возможность болезней. Посредством CRISPR/Cas, как выяснилось, возможно редактировать геномы животных – очевидно, для этого молекулярные составляющие совокупности программируются на распознавание участков в ДНК крысы либо мартышки.

Годом ранее китайские эксперты из Нанкинского медуниверситета взяли так геномодифицированых макак-крабоедов, действительно, модификацию осуществляли ещё на стадии эмбриона. Молекулярные инструменты «бактериального иммунитета» разрешают избавиться от негативных мутаций, заменять больной ген здоровым и т. д. Учитывая количество работ, посвящённых CRISPR/Cas, возможно сохранять надежду, что в недалеком будущем редактирование генома человека, кроме того в полной мере взрослого, станет рутинной процедурой.

Создатель: Кирилл Стасевич

Источник: nkj.ru

Случайные записи:

Вирусы


Похожие статьи, которые вам понравятся: