Противовирусный щит из «спящих» бактерий в организме

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые Рокфеллеровского университета показали, что при вирусной атаке бактерии нашего организма направляют свою защиту не только на своих врагов, но и на самих себя. Исследователи обнаружили, что эта радикальная мера не убивает бактерии, а скорее приводит их в состояние покоя, которое предотвращает распространение инфекции.

Как показали исследования, клетка в состоянии покоя не направлена на борьбу с конкретным вирусом, а делает невозможным размножение какого-либо фага, включая мутантов. «У фага всего одна попытка, чтобы обезвредить болезнетворную инфекцию и при этом размножиться, – рассказывает ученый Лучано Марраффини. – Поэтому если они вводят свой геном в хозяина, который не предоставляет им возможности размножиться, то инфекция останавливается там. Фаг погибает, но бактериальная колония побеждает – инфекция останавливается».

Как известно, бактериофаги (или фаги) – вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки – являются врагом номер один для вирусов, атакующих наш организм.

Они размножаются, вводя «инъекцию» своего генома в чужеродные микробы, что в конечном итоге приводит к разрыву микроба и высвобождению «потомства» бактериофагов, готового к продолжению рода бактериальной колонии.

Чтобы противостоять атакам микробов, бактерии выработали иммунные механизмы, известные как CRISPR, или короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами, которые с помощью связанных ферментов Cas обнаруживают и уничтожают чужеродный генетический материал.

Микробы имеют в своем распоряжении множество различных систем CRISPR. Одной из них заинтересовался ученый Лучано Марраффини – из-за ее уникальной стратегии защиты от чужеродных организмов. В то время как большинство ферментов Cas разрушают вирусную ДНК, данный специфический фермент, Cas13, расщепляет РНК.

В ходе экспериментов исследователи обнаружили, что Cas13 одновременно и помогает бактериям, и мешает им. Фермент режет кусочки РНК-хозяина, отправляя бактерии в состояние покоя – фаза, в которой микробы остаются живыми, но не растут. «Фаги – паразиты: у них нет всех элементов, необходимых для размножения, поэтому они полагаются на хозяина, – объясняет ученый. – И если клетка-хозяин не производит эти элементы, фаг не может размножаться», рассказал ученый.

Напомним, рибонуклеиновая кислота́ (РНК) — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов и играют важную роль в кодировании, прочтении, регуляции и выражении генов.

Исследователи также обнаружили, что Cas13 убивает вирусы более эффективно, чем другие ферменты Cas. Стандартные системы CRISPR–Cas являются высокоспецифичными, разрезая фрагменты ДНК, которые соответствуют точной генетической последовательности. И хотя эта специфичность может быть преимуществом, она также имеет большой недостаток: если вирус мутирует, CRISPR не может его распознать. «Если фаг имеет единственную точечную мутацию в последовательности-мишени, то обычно вирус невидим для Cas, и инфекция распространяется», – говорит Марраффини. Однако эксперимент показал, что Cas13 справляется со всеми типами мутаций.