Біологія

Відкрито новий захисний механізм бактерій від вірусів

Ізраїльські вчені відкрили у бактерій ще один захисний механізм у бактерій проти бактеріофагів - вірусів, що їх вражають. Ділянка бактеріального геному, що зветься, ретроном, як з’ясувалося, запускає у бактерій процеси самознищення, щоб запобігти реплікації вірусу та поширенню його на інших членів бактеріальної колонії. Вчені припускають, що відкриття може допомогти створити нові технології геномного редагування або ж вдосконалити наявні, наприклад, CRISPR. Дослідження опублікували у журналі Cell.

Що таке ретрон?

Ще у 80- роках минулого сторіччя науковці виявили у ґрунтових бактерій численні копії коротких послідовностей одноланцюгових ДНК. Їхнє призначення залишалося невідомим, а загадковості додало ще й відкриття, що до кожної такої ДНК прикріплена комплементарна їй молекула РНК. Потім з’ясувалося, що за утворення такого гібриду, що названий ретроном, відповідає фермент зворотна транскриптаза, яка утворює ДНК на основі РНК. Такий трискладовий комплекс згодом науковці виявили у багатьох інших бактерій, хоча ніхто не знав, що вони роблять у клітині. Але випадкова знахідка науковців з Науково-дослідного інституту імені Вейцмана проливає більше світла на роль ретронів.

Що вивчали вчені?

Початковою метою вчених було дослідити механізми захисту бактерій від вірусних збудників - бактеріофагів. Одним із найвідоміших таких захистів є CRISPR, що його використали для розроблення технології геномного редагування, але автори роботи прагнули знайти й інші. Для цього вони проаналізували за допомогою комп’ютерної програми 38 тисяч бактеріальних геномів. Пошуки полегшило недавнє відкриття того, що гени “імунітету” в бактерій схильні розташовуватися групами в так званих захисних острівцях геному.

У такій ділянці вчені знайшли відрізок ДНК з геном зворотної транскриптази, до якого прилягають відрізки ДНК, які кодують не бактеріальний білок, а один із компонентів РНК. Так вони зрозуміли, що мають справу з ретроном. Згодом вони з’ясували, що ДНК, яка кодує компоненти ретрону, завжди з’єднується фізично та функціонально з іншим геном, який вже кодує білок. Загалом вчені знайшли близько 5 тисяч таких ретронів у захисних острівцях різних видів мікроорганізмів. Вони запідозрили, що ця система допомагає бактеріям боротися з вірусами та перевірили гіпотезу експериментально.

Як перевірили припущення?

Вони перенесли ретрони вирощеним в лабораторії бактеріям, які не мали таких ділянок геному взагалі. Потім інфікували їх різними вірусами та з’ясували, що перенесення генів справді захистило багатьох клітин від інфекції. Але механізм виявився досить незвичним - ретрони запускають у заражених бактерій механізм самознищення. Якщо суїцид відбудеться ще до того, як копії вірусу почнуть виділятися з клітини, це допоможе запобігти поширенню вірусу на інших бактерій. Ретрони не реагують на проникнення вірусу безпосередньо, а орієнтуються на іншу захисну систему, відому як RecBCD, що є однією з перших ліній захисту бактерій. Схожий механізм вже деякий час відомий для рослинних організмів.

Багато вчених припускають, що ретрони можна використати для вдосконалення технологій редагування геному. Частинку РНК, що вони містять, можна замінити на будь-яку бажану послідовність ДНК, і, можливо, поєднати з CRISPR, щоб краще маніпулювати генами, зазначають автори. Технологія може виявитися такою ж революційною, як CRISPR, але необхідні додаткові дослідження.

Детальніше про CRISPR та про те, для чого вчені редагують геном, можете прочитати у нашому матеріалі "Що таке геном? Для чого його редагувати?".