Компоненты системы CRISPR-Cas объединились в борьбе против вирусов
Исследователи Сколтеха и их коллеги из России и США показали наличие связи между двумя компонентами системы бактериальной защиты CRISPR-Cas: один из которых уничтожает генетически чужеродные элементы, например, вирусы, а другой сохраняет эти элементы «в памяти» бактерии, записывая фрагменты их ДНК в специальную участок бактериального генома. За счет обнаруженной авторами связи бактериям удается эффективно обновлять свою иммунную память в случае заражения мутантными вариантами вируса, которые научились обходить защиту CRISPR-Cas.
Статья с описанием результатов исследования опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Система CRISPR-Cas – это механизм, который делает бактерии устойчивыми к вирусам (бактериофагам). Система CRISPR-Cas разрушает ДНК ранее встречавшихся ей «противников», сравнивая их со спейсерами, то есть короткими фрагментами генетической информации, которые хранятся в виде «библиотеки» на чипе памяти, находящемся в особой части бактериального генома.
Во время инфекции CRISPR-Cas система добавляет в библиотеку дополнительные спейсеры, взятые из ранее не встречавшихся вирусов, и таким образом учится распознавать новых «врагов». Система CRISPR-Cas использует приобретенные спейсеры для борьбы с возбудителями при повторных заражениях. Два этапа работы системы, приобретение спейсеров и их использование для защиты от заражения, называются адаптацией и интерференцией соответственно.
«Чтобы «обмануть» CRISPR-Cas систему и избежать ее защитного действия, фаги быстро приобретают мутации, которые нарушают соответствие участков их геномов и спейсеров. Поэтому для поддержания эффективной защиты система CRISPR-Cas должна постоянно обновлять набор спейсеров и делать это быстрее, чем возникают новые, мутантные варианты фагов.
Системы CRISPR-Cas выработали специальный механизм «праймированной адаптации», в процессе которой существующие спейсеры, способные распознать мишень (хотя и не всегда точно), стимулируют активное формирование дополнительных спейсеров из той же молекулы ДНК, на которой находится мишень», – рассказывает первый автор статьи, научный сотрудник Сколтеха Ольга Мушарова.
Точный молекулярный механизм праймированной адаптации пока до конца не изучен, но уже сейчас понятно, что он требует тесной координации между частями механизма CRISPR, отвечающими за уничтожение чужеродных элементов и за сохранение их фрагментов в памяти. В своей новой статье профессор Сколтеха Константин Северинов, Ольга Мушарова и их коллеги смогли подтвердить существование «праймингового комплекса», включающего в себя как белки Cas1-Cas2, отвечающие за приобретение новых спейсеров, так и белок Cas3, который расщепляет вражескую ДНК после ее узнавания существующими спейсерами.
«Оказалось, часть системы CRISPR-Cas, которая разрушает чужеродную ДНК, и часть, которая получает новую информацию для создания защиты от новых чужеродных элементов в будущем, тесно связаны между собой. Это чем-то напоминает игру Whac-A-Mole, но с молотком, который мог бы не только уничтожать кротов, но еще и фотографировать их и затем использовать эти снимки в борьбе с кротами, которые появятся в будущем», – поясняет профессор Северинов.
Ученые провели эксперименты с бактерией E. coli и показали, что расщепляемые белками Cas3 фрагменты чужеродной ДНК передаются напрямую белкам Cas1-Cas2 в качестве «пре-спейсеров», заготовок для будущих спейсеров. «Полученный нами результат имеет принципиальное значение, поскольку мы установили наличие связи, координации между процессами интерференции и адаптации», – отмечает Ольга Мушарова. «Наши результаты также показывают, как можно повысить эффективность CRISPR адаптации, а это важно для различных применений в синтетической биологии, например, при использовании бактерий для хранения информации», — добавляет она.
Ученые планируют продолжить исследование праймированной адаптации в бактериальных клетках и поиски наиболее эффективных методов создания «устройств памяти» в виде спейсеров в бактериальных ДНК. Исследование проводилось с участием специалистов Института молекулярной генетики РАН, Института биомедицинской химии РАН, Института микробиологии Ваксмана при Ратгерском университете (США) и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.
Telegram 
Дзен 
VK Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно