Российские генетики открыли систему, помогающую бактериям защищаться от вирусов

Новый механизм бактериального иммунитета, основанный на работе малоизученных белков из семейства аргонавтов, исследовали ученые Института биологии гена ран и ФИЦ Биотехнологии ран. Система, получившая сокращенное название SPARDA, помогает бактериям защищаться от вирусов.

фото: freepik.com

Справка «МК». Белки-аргонавты названы так в честь щупальцев осьминога вида Argonauta argo. Казалось бы, в чем здесь связь? История названия тянется с 1998 года, когда у растения арабидопсис был выявлен ген, отвечающий за появление мутации, придающей листьям форму щупалец. Белок, кодируемый этим геном, назвали Ago (от Аrgonauta).

Как пояснили «МК» в Минобрнауки России, SPARDA по принципу действия схожа с известной системой CRISPR-Cas. При помощи нее сейчас активно редактируют геном, но когда-то она была также открыта как один из видов бактериального иммунитета. Так вот, подобно ей, белки-аргонавты обнаруживают и расщепляют чужеродные ДНК или РНК, в которых закодирована генетическая информация вируса.

Ученым были известны белки-аргонавты, но как они участвуют в защите бактерий, никто знал. Открытие группы исследователей под руководством доктора биологических наук Андрея Кульбачинского как раз и состоит в расшифровке самого механизма. 

Источник: коллектив разработчиков

Система SPARDA работает следующим образом. Когда в бактерию проникает вирус (не человеческий, а бактериофаг), у нее сразу активизируются белки-аргонавты. Они уничтожают бактериофага. Но тут есть отличие от системы CRISPR-Cas. Если ее белки группы Cas сами бросаются на «врага», встраиваются в его ДНК и разрезают его изнутри, то в системе SPARDA белок Ago (аргонавт) выполняет только функцию управляющего центра: он «видит» вирус благодаря коротким цепочкам нуклеиновых кислот-«гидов», помогающих распознать нужные участки, а затем отправляет в атаку на него белки-эффекторы. Именно белки-эффекторы, сопряженные с Ago, выполняют «черную работу» по разрезанию вирусной ДНК. В итоге гибнет и вирус, и сама зараженная клетка, не давая вирусу распространяться.

Справка «МК». Как систему бактериальной защиты CRISPR-Cas стали использовать для редактирования генома.

Белки Cas «разрезают» чужеродную, вирусную ДНК на две части (отсюда появился термин «генетические ножницы»), и вирус погибает. Когда ученые это узнали, то решили использовать механизм «разрезания» цепочки ДНК для исправления поломанных генов у человека. В место разреза вставляется другой ген или цепочка генов, после чего геном снова соединяется. Так и появился созданный биологами механизм генетического редактирования генома CRISPR-Cas, за который в 2020 году была присуждена Нобелевская премия двум ученым — Дженнифер Дудна из Калифорнийского университета в Беркли (США) и Эммануэль Шарпантье из Общества Макса Планка (Германия).

 Ученые не исключают, что новый механизм бактериальной защиты, открытый ими, в будущем также может быть использован в генетических исследованиях.

Источник