Ученые впервые нашли бактериальную систему защиты от РНК-вирусов

Фото: National Institute of Arthritis and Mucoskeletal and Skin Diseases NIH's photostream/flickr

Исследователи обнаружили, что один из типов бактериальной защитной системы CRISPR способен реагировать не только на чужеродную ДНК, но и РНК. Полученные учеными результаты могут быть использованы для защиты сельскохозяйственных и промышленных культур от вирусов, которые хранят свою генетическую информацию в форме молекулы РНК.

Открытие и использование системы генетического редактирования CRISPR/Cas9 — одно из важнейших открытий молекулярной биологии последних лет. Первоначально система CRISPR была открыта как защитный механизм бактерий: белки Cas-группы, способные встраивать участки паразитной ДНК в геном бактерии, помогают «запомнить врага в лицо» и выработать защитную реакцию в будущем. На сегодняшний день открыто несколько типов CRISPR-систем у разных видов бактерий. Группа ученых из США и Испании заметила, что гены, кодирующие один из типов этой системы, расположены по соседству с геном фермента ревертазы, или обратной транскриптазы. Этот белок катализирует «перевод» информации, которую несет молекула РНК, в форму ДНК. Учитывая соседство двух генов, ученые предположили, что некоторые типы системы CRISPR могут работать с молекулами РНК и, соответственно, использоваться бактериями против РНК-вирусов. Результаты их экспериментов по проверке этой гипотезы изложены в статье, опубликованной в журнале Science.

В новой работе ученые исследовали систему CRISPR типа III-B, выделенную из морских бактерий вида Marinomonas mediterranea. Способность этой системы реагировать не только на чужеродную ДНК, но и РНК проверяли как на живых клетках (in vivo), так и вне их (in vitro). Для эксперимента in vivo ученые сконструировали последовательность ДНК с особыми свойствами: считанная с нее РНК была способна к самосплайсингу — вырезанию некоторых участков последовательности. Если в итоге в геноме бактерии помимо исходной последовательности ДНК удавалось обнаружить «сокращенные» последовательности, соответствующие РНК, это позволяло говорить о том, что CRISPR-система типа III-B может также реагировать и на РНК. В исследовании активности комплекса in vitro, вне клеток, белкам системы CRISPR «предлагали» три формы генетической информации для обработки: одноцепочечную молекулу РНК, а также одноцепочеченую и двухцепочечную молекулы ДНК.

По результатам экспериментов ученым удалось выяснить, что наличие гена ревертазы позволяет бактериям реагировать не только на вирусную ДНК, но и РНК. При этом эксперименты in vitro показали, что стадии встраивания предшествовала стадия так называемой обратной транскрипции — перевода последовательности из РНК в ДНК, возможная благодаря наличию гена ревертазы (обратной транскриптазы) в составе системы CRISPR.

Авторы работы отмечают эволюционную значимость обнаруженного механизма для защиты от вирусных инфекций, поскольку некоторые типы вирусов хранят свою генетическую информацию именно в форме РНК. Они также надеются использовать новую систему для генной модификации некоторых сельскохозяйственных культур: наличие защитной системы такого рода поможет избежать заражения паразитами и потери урожая. Кроме того, при помощи системы CRISPR можно защитить промышленные штаммы бактерий, к примеру производящие кисломолочную продукцию.

Системы CRISPR, открытые относительно недавно, сегодня активно применяются в генной инженерии. На их основе построены современные системы генетического редактирования. Недавно их даже разрешили использовать в исследовании на человеческих эмбрионах.
Теги:

Читать еще на Чердаке: