Показано, как белок-универсал помогает бактериофагам обезоруживать свою жертву — Naked Science
8 минут
Сколтех

Показано, как белок-универсал помогает бактериофагам обезоруживать свою жертву

4.7

Исследователи Сколтеха из лаборатории профессора Северинова совместно с коллегами из Швейцарии и Израиля исследовали малоизученный механизм защиты бактерий от вирусов – BREX, и продемонстрировали, что его можно «отключить» при помощи вирусного белка, имитирующего ДНК.

Бактериофаг / ©apendix.ru

Результаты исследования опубликованы в журнале Nucleic Acids Research. Между бактериями и их вирусами-бактериофагами идет непрекращающаяся война, в которой, как и во всякой войне, чрезвычайно важно уметь отличать своего от чужого. Для защиты от вирусов некоторые бактерии с помощью так называемых систем рестрикции-модификации (RM) научились «маркировать» свой генетический материал путем метилирования его отдельных участков.

Все «немаркированные» ДНК, например, ДНК бактериофага, распознаются, а затем разрушаются ферментами-эндонуклеазами. Некоторые фаги, в свою очередь, научились «спасаться» от RM-систем, используя белки, имитирующие немаркированную ДНК. Эндонуклеаза воспринимает такой белок как ДНК в силу их химической схожести и связывается с ним, что предотвращает «атаку» на ДНК фага.

Структура генного кластера BREX типа I из Escherichia coli / ©academic.oup.com

Аспирант Сколтеха Артем Исаев и его коллеги из Тель-Авивского университета и Научно-исследовательского центра Philip Morris International показали, что Ocr – белок хорошо изученного фага T7, имитирующий ДНК, представляет собой универсальный инструмент, который не только является ингибитором RM-систем, но и способен защищать фага от системы BREX (BacteRiophage EXclusion). BREX – это еще один способ защиты бактерий от фагов. Он используется многими бактериями и, в том числе, кишечной палочкой Escherichia coli, которая часто становится «жертвой» фага T7.

«Пять лет назад мы знали, что бактерии могут защищаться от вирусов с помощью RM-систем, CRISPR-системы и токсин-антитоксиновых систем. В последние годы с помощью методов биоинформатики было предсказано, что эти системы – лишь малая часть огромного многообразия защитных механизмов, которые бактерии используют для борьбы с фагами.

BREX стала первой среди новых предсказанных систем, защитное действие которой было показано в экспериментах. Такими системами обладает приблизительно одна десятая часть всех микроорганизмов, а у бактерий эти системы встречаются даже чаще, чем знаменитые CRISPR-системы. При этом нам пока неизвестно, как именно BREX-системы спасают бактерии от инфекции», – сказал Исаев.

Белок Ocr бактериофага Т7 мимикрирует под ДНК, «обманывая» систему BREX у кишечной палочки / ©Павел Одинев / Пресс-служба Сколтеха

В отличие от RM-систем, BREX не разрушает ДНК фага. Возможно, она каким-то образом препятствует ее репликации внутри зараженной клетки. Известно, что практически во всех механизмах BREX используется метилтрансфераза BrxX – фермент, отвечающий за «маркировку» ДНК бактерии с целью ее самораспознавания. По-видимому, белок Ocr связывается с метилтрансферазой BrxX и выключает ее. В результате клетка теряет возможность отличить свою ДНК от ДНК фага и не может бороться с инфекцией.

«Мы показали, что Ocr взаимодействует с метилтрансферазой, блокируя метилирование хозяйской ДНК. Теоретически это могло бы вызвать аутоиммунную реакцию: поскольку хозяйская ДНК уже не «маркирована» как таковая, она может подвергаться атаке со стороны системы BREX. Однако этого не происходит. Чтобы понять, как именно Ocr преодолевает BREX, в будущем нам необходимо будет понять принципы защитного действия BREX», – объяснил Исаев.

Так как системы защиты бактерий от вирусов в основном строятся на распознавании чужеродной ДНК, инструменты на их основе могут использоваться в молекулярной биологии и медицине. Благодаря открытию RM-систем и описанию механизма их работы стало возможным молекулярное клонирование, а открытие систем CRISPR положило начало геномному редактированию. Кроме того, исследование средств защиты бактерий и фагов может помочь в поиске и подборе вирусов для борьбы с резистентными к антибиотикам бактериями.

«История борьбы бактерий с фагами насчитывает миллиарды лет. Эта непрекращающаяся «гонка вооружений» является одной из основных движущих сил эволюции в мире микроорганизмов. Обе стороны накопили богатый арсенал стратегий борьбы друг с другом. Лично мне интересно узнать, какие еще тайны хранит в себе геном и какие новые механизмы мы сможем открыть, изучить и применить в будущем», – отметил в заключение Исаев.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Позавчера, 21:59
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

Вчера, 19:42
51 минута
Александр Березин

9 апреля 1940 года Германия внезапно напала на Данию и Норвегию — выполнив тем самым планы британского командования, пытавшегося спровоцировать Берлин на такое нападение. Но дальше все пошло не по плану: Германия победила, союзники проиграли. Тем не менее в этой битве выиграли не только немцы. Парадоксальным образом она помешала и англо-французским планам нападения на СССР в 1940 году, что радикально изменило ход и исход всей мировой войны. Попробуем разобраться в деталях.

Вчера, 10:58
3 минуты
Сергей Васильев

Если хозяин уделяет внимание потенциальному «конкуренту», собаки могут демонстрировать настоящее ревнивое поведение.

Позавчера, 21:59
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

4 апреля
23 минуты
Александр Березин

Немецкие ученые проанализировали склонность жителей восьми стран носить маски и соблюдать антиковидные меры. Самыми «несклонными» оказались граждане США, Швеции, Польши и России, а самыми склонными — немцы, англичане, французы и испанцы. Исследователи пришли к выводу: чем ниже склонность, тем выше смертность. В нашей стране реальная смертность от Covid-19 в несколько раз выше, чем официальная от оперштаба, то есть на деле эффект от пренебрежения масками и дистанцированием, вероятно, весомее. Разбираемся в деталях и в том, как это связано с провалом вакцинации от коронавируса в России.

3 апреля
7 минут
Мария Азарова

Развитие лишних половых членов встречается у одного из пяти-шести миллионов новорожденных. На долю медиков из Курдистана выпал вовсе уникальный случай — трехмесячный мальчик появился на свет с трифаллией.

11 марта
7 минут
Василий Парфенов

Абсолютно фантастический варп-двигатель, с теоретической точки зрения, интересен тем, что принцип его работы сам по себе не нарушает никаких законов физики. Вот только для работы такого устройства потребуются несуществующие материалы с невозможными свойствами — например, отрицательной плотностью энергии. Однако немецкий физик внимательно изучил более ранние научные работы по теме и нашел хитрую лазейку, которая позволяет хотя бы теоретически описать подобный способ передвижения без использования экзотических и аномальных материй.

17 марта
12 минут
Василий Парфенов

Продолжавшееся более пяти лет уголовное дело подошло к завершению: серийного сетевого сексуального маньяка осудили на 75 лет тюремного заключения. Чтобы поймать человека, растлившего 375 несовершеннолетних девушек, потребовалось пойти на беспрецедентные и этически спорные меры: создать вредоносное ПО и подсунуть злоумышленнику видеоловушку со встроенным вирусом.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: