28.04.2020
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.
13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

Позавчера, 15:57
Илья Ведмеденко

В Сеть выложили новые изображения мощнейшего в истории Китая авианосца, который находится на заключительной стадии строительства. Кроме того, художник детально изобразил авиагруппу, состоящую из перспективных истребителей пятого поколения.

12 часов назад
Ольга Иванова

Международная группа ученых пришла к выводу, что употребление жирных кислот, содержащихся в орехах, семенах, сое и растительном масле, снижает риск смерти от всех причин, в том числе от сердечно-сосудистых заболеваний.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

12 октября
Елена Синицкая

Управление древностей Израиля обнародовало итоги раскопок огромного винодельческого комплекса. На нем в византийское и раннеисламское время делали виноградное вино, которым снабжали многие страны Средиземноморья.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

22 сентября
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

24 сентября
Василий Парфенов

Недавно основанный стартап Success Rockets объявил о первых полноценных летных испытаниях своей суборбитальной ракеты Nebo 25. Запуск пройдет в ноябре, его цель — установить новый национальный рекорд по высоте полета среди частных компаний.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: