Российские генетики открыли систему, помогающую бактериям защищаться от вирусов

Ученые Института биологии гена РАН исследуют новый механизм бактериального иммунитета

Новый механизм бактериального иммунитета, основанный на работе малоизученных белков из семейства аргонавтов, исследовали ученые Института биологии гена РАН и ФИЦ Биотехнологии РАН. Система, получившая сокращенное название SPARDA, помогает бактериям защищаться от вирусов.

Справка «МК». Белки-аргонавты названы так в честь щупальцев осьминога вида Argonauta argo. Казалось бы, в чем здесь связь? История названия тянется с 1998 года, когда у растения арабидопсис был выявлен ген, отвечающий за появление мутации, придающей листьям форму щупалец. Белок, кодируемый этим геном, назвали Ago (от Аrgonauta).

Как пояснили «МК» в Минобрнауки России, SPARDA по принципу действия схожа с известной системой CRISPR-Cas. При помощи нее сейчас активно редактируют геном, но когда-то она была также открыта как один из видов бактериального иммунитета. Так вот, подобно ей, белки-аргонавты обнаруживают и расщепляют чужеродные ДНК или РНК, в которых закодирована генетическая информация вируса.

Ученым были известны белки-аргонавты, но как они участвуют в защите бактерий, никто знал. Открытие группы исследователей под руководством доктора биологических наук Андрея Кульбачинского как раз и состоит в расшифровке самого механизма. 

Система SPARDA работает следующим образом. Когда в бактерию проникает вирус (не человеческий, а бактериофаг), у нее сразу активизируются белки-аргонавты. Они уничтожают бактериофага. Но тут есть отличие от системы CRISPR-Cas. Если ее белки группы Cas сами бросаются на «врага», встраиваются в его ДНК и разрезают его изнутри, то системе SPARDA белок Ago (аргонавт) выполняет только функцию управляющего центра: он «видит» вирус благодаря коротким цепочкам нуклеиновых кислот-«гидов», помогающих распознать нужные участки, а затем отправляет в атаку на него белки-эффекторы. Именно белки-эффекторы, сопряженные с Ago, выполняют «черную работу» по разрезанию вирусной ДНК. В итоге гибнет и вирус, и сама зараженная клетка, не давая вирусу распространяться.

Справка «МК». Как систему бактериальной защиты CRISPR-Cas стали использовать для редактирования генома.

Белки Cas «разрезают» чужеродную, вирусную ДНК на две части (отсюда появился термин «генетические ножницы»), и вирус погибает. Когда ученые это узнали, то решили использовать механизм «разрезания» цепочки ДНК для исправления поломанных генов у человека. В место разреза вставляется другой ген или цепочка генов, после чего геном снова соединяется. Так и появился созданный биологами механизм генетического редактирования генома CRISPR-Cas, за который в 2020 году была присуждена Нобелевская премия двум ученым — Дженнифер Дудна из Калифорнийского университета в Беркли (США) и Эммануэль Шарпантье из Общества Макса Планка (Германия).

 Ученые не исключают, что новый механизм бактериальной защиты, открытый ими, в будущем также может быть использован в генетических исследованиях.

Источник: www.mk.ru