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 Нейроморфные вычисления — это попытка скопировать принцип работы мозга: не последовательно выполнять команды, как обычный процессор, а обрабатывать информацию параллельно, через сеть взаимосвязанных «нейронов», которые активируются в зависимости от поступающих сигналов. Эта идея существует уже несколько десятилетий, но до недавнего времени ее реализовывали на обычной электронной элементной базе. Исследователи из МФТИ провели обширный обзор, в котором систематизировали последние достижения в области фотонных нейроморфных вычислений.
Интриги и тайные свидания — прерогатива не только людей. В мире дикой природы тоже случаются драмы, и одна из них развернулась в лесах Северной Америки. Маленькие серые птицы, известные в науке как гаички Гамбела, долгое время считались образцом супружеской верности, но на деле оказались хитрыми стратегами. Они заводят потомство не только от постоянного партнера, но и от самца-соседа с определенным набором качеств. Авторы нового исследования попытались выяснить, что толкает самок на измену и как это влияет на выживание всего вида.
Самый большой и мощный в мире ускоритель частиц отключили на четырехлетнюю модернизацию. В 2030 году он возобновит работу под новым названием — Большой адронный коллайдер высокой светимости. Этот апгрейд позволит производить примерно в 10 раз больше столкновений частиц, чем изначально. Физики рассчитывают, что поток новых данных поможет обнаружить явления за пределами Стандартной модели, а также прольет свет на природу темной материи, антиматерии и ранней Вселенной.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
На протяжении десятилетий Тель-Авив воздерживался от этого шага, чтобы не испортить отношения с Турцией. Но после действий Израиля 2023-2026 годов официальная Анкара, как и множество государств мира, неоднократно осуждала Израиль, из-за чего изменилась и его позиция по геноциду.
В рамках общей теории относительности и квантовой физики у исследователей не получается объяснить все данные наблюдений за космическими объектами. В этот раз ученые попытались описать Вселенную с точки зрения превращения энергии, и этот выбор позволил им составить стройное описание гравитации.
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.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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