Ученые предположили, что бактериальная версия иммунной системы автоматически разрушила бы что-либо, что она признала вторжением в вирусные гены. Однако новые эксперименты в Рокфеллеровском университете теперь показали, что одно разнообразие бактериальной иммунной системы, известной как система CRISPR-аварии, может отличить вирусного противника от друга.
И, исследователи сообщают в работе, опубликованной 31 августа по своей природе, она делает так, наблюдая за одним конкретным сигналом.«Транскрипция – начальный шаг в процессе, который читает гены, включая те из вирусов – имеет значение», говорит исследователь Лучано Марраффини, глава Лаборатории Бактериологии. «Полный геном вирусов в их литической, или разрушительной фазе, расшифрован. Между тем несколько генов от вируса расшифрованы во время его lysogenic или бездействующей фазы».
Вирусы в их литической фазе делают копии из себя, используя оборудование клетки прежде, чем разрушить его, чтобы освободить эти новые вирусы. Вирусы в их lysogenic фазе, между тем, спокойно объединяются в генетический материал хозяина. И это – то, где они предлагают свою потенциальную выгоду для бактерий, которые поглощают вирусные гены для их собственных концов. На самом деле некоторые вызывающие болезнь микробы, такие как бактерия, ответственная за дифтерию, должны заразиться правильным вирусом, чтобы напасть на людей.
Ученые только обнаружили эту адаптивную бактериальную иммунную систему относительно недавно. Его функция полагается на CRISPRs, разделы ДНК, которые содержат повторяющиеся последовательности, вкрапленные уникальными последовательностями, названными распорными деталями. (CRISPR обозначает сгруппированные короткие палиндромные повторения, в которых регулярно делают интервалы.) Последовательности распорной детали соответствуют последовательностям в вирусном генетическом коде, позволяющий ферментам, закодированным CRISPR-связанными генами (Авария), чтобы расколоть единственные последовательности распорной детали от РНК, расшифровал от ДНК CRISPR.
Другие ферменты Аварии тогда используют эти последовательности распорной детали в качестве руководств, чтобы предназначаться для захватчиков для разрушения.Система может приспособиться к новым захватчикам, приобретя новые последовательности распорной детали, чтобы предназначаться для них.
Недавно, системы CRISPR-аварии привлекли значительное научное внимание, потому что их способность сделать точно предназначенные сокращения ДНК может быть помещена, чтобы использовать, чтобы генетически спроектировать все типы клеток.«Наше понимание систем CRISPR-аварии остается на ранних стадиях, но до сих пор обычно считалось, что они испытывают недостаток в сложном способе отличить их цели. Другими словами, как только они нацелены на что-то, это будет нарублено», говорит ведущий автор исследования, аспирант Грегори Голдберг. «Впервые, наша работа показала, что система CRISPR-аварии, один найденный у бактерий Стафилококка, может обнаружить, является ли вирус в своей разрушительной фазе и представляет непосредственную угрозу».Большая часть предыдущей работы сосредоточилась на литических вирусах.
Однако Стафилококки принимают многие вирусы, способные к входу в lysogenic фазу. Исследователи также раскрыли выразительную асимметрию в способности Стафилококковой системы CRISPR эффективно предназначаться для последовательности и ее коллеги на двух берегах дополнительной ДНК. Они подозревали, что это несоответствие возникло, потому что доходы транскрипции в единственном направлении для большинства вирусных генов, означая один из двух целевых берегов не расшифрованы.«Большая подсказка обнаружилась, когда мы изолировали вирус мутанта, которому удалось уклониться от разрушения.
Иногда вирусы могут сделать это посредством мутации в целевой последовательности, которая препятствует тому, чтобы система определила их. Но когда мы упорядочили геном этого фага, мы нашли мутацию в регионе, который способствует транскрипции вместо этого,» говорит Голдберг.В ряде экспериментов он и коллеги проверили их гипотезу, что Стафилококковая система CRISPR-аварии, известная как Тип III-A, может терпеть заражение lysogenic вирусом, пока целевые последовательности не расшифрованы. Они спроектировали целевую последовательность, которая подвергнется транскрипции только в присутствии определенного химиката.
В результате Тип система CRISPR-аварии III-A только разрушил цель в присутствии этого химиката.«Это открытие требования транскрипции, вероятно, удивит многих, кто работает с этими системами», говорит Марраффини. «Хотя мы еще не понимаем механизм позади него, мы можем сказать, что Тип-III-A система очень отличается от других систем CRISPR-аварии, из которых есть загадочно большое разнообразие.
Наше открытие намекает на возможность, что каждый тип CRISPR и подтип признают и разрушают свои цели по-разному, каждого в мелодии с потребностями конкретной бактерии. Если эти различные механизмы планирования действительно существуют, они могли бы иметь важные последствия для биотехнологии».