Fagi raditi zajedno kako bi suzbio CRISPR bakterijski imunitet

How CRISPR lets us edit our DNA | Jennifer Doudna (Srpanj 2019).

Anonim

CRISPR, ili redovito grupirani kratkotrajni ponavljajući palindromi, bitan su dio bakterijskog imuniteta osmišljenog za obranu od strane DNK. U bakterijama, CRISPR djeluje baš kao u ljudskim stanicama kao par škara, u njihovom slučaju s ciljem rezanja niti DNA. Dok istraživači znaju da je CRISPR pronađen u otprilike polovici svih bakterija u divljini, nisu znali mnogo o molekularnoj borbi između CRISPR-a i napada virusa ili faga.

U dva rada objavljena istodobno u časopisu Cell 19. srpnja, istraživači iz nezavisnih skupina dokazuju suradnju faga kada napadaju bakterije koje sadrže CRISPR. Otkrili su da, kako bi prevladali uništenje pomoću CRISPR-a, fagi se prilagodili spajanjem sila da brzo inficiraju bakteriju, ponekad s jednim fagom koji se žrtvuje kao fag primera. Oba istraživačka ekipa - s Kalifornijskog sveučilišta, San Francisca (UCSF) i University of Exeter u Engleskoj - usredotočuju se na imuni odnos između bakterija i faga korištenjem CRISPR i anti-CRISPR proteina.

Kalifornijsko sveučilište

Istraživači UCSF-a neočekivano su otkrili da faga surađuje kako bi osvojila bitku vremena i brojeva protiv CRISPR-a. Da bi bila učinkovita imunološka strategija, bakterije koje sadrže CRISPR moraju brzo postaviti odgovor na izazivanje faga i to mora učiniti prije nego što fag ubije stanicu. "To je prilično brzokretan sat i brojčana igra", kaže Joseph Bondy-Denomy iz UCSF-a. "CRISPR protein mora brzo pronaći virusnu DNA, a ako se to ne dogodi, virus će nastaviti i ubiti stanicu."

Tim je proučavao Pseudomonas aeruginosa, jednu od bakterija za koje je poznato da prethodno izražavaju nekoliko stotina CRISPR molekula prije infekcije. Može djelovati odmah kada genom jednog faga ulazi u ćeliju. U nekim drugim bakterijama, CRISPR se inicira samo kada je zaražen fagom.

Svaki kompleks CRISPR proteina sadrži drugačiju RNA vodicu iz skupine od približno 30 poznatih RNA vodiča u ovoj vrsti bakterija. Da bi CRISPR sustav bio učinkovit, mora pronaći cilj koji odgovara svojoj vodičkoj RNA. Pobjeda za stanicu postiže se kada CRISPR strojevi s pravom RNA vodom odgovaraju fagu koji se u tom trenutku zarazi, veže se na DNA faga i smanjuje ga. "Izazov za fag je da brzo proizvede anti-CRISPR proteine ​​(Acr) kako bi se spriječilo to rezanje", kaže Bondy-Denomy, koji je prije nekoliko godina otkrio anti-CRISPR inhibitorske proteine. U ovom istraživanju, njegov tim je otkrio da je nemoguće da jedan gen faga generira te anti-CRISPR proteine ​​dovoljno brzo jer su CRISPR proteini već čekali.

"Ono što mislimo da se događa jest da prvi fag djeluje poput kamikaze faga", kaže Bondy-Denomy. "To se uništava, ali na putu počinje proizvoditi nekoliko takvih anti-CRISPR spojeva koji će neutralizirati neke CRISPR-ove i time pomoći njihovom rođaku, kasnijoj zarazi faga". Njegov tim predlaže novi model u kojem prvi fag doprinosi uspjehu sljedećeg faga iako je taj prvi fag mrtav. Tko god pobijedi bitku između CRISPR-a i faga, određuje se točnom točkom između brojeva i brzine angažmana CRISPR-a i CRISPR-a. Osim toga, tim je otkrio da sve anti-CRISPR molekule ne djeluju na istovjetne snage, dodajući još jedan element u ravnotežu.

Istraživači UCSF-a vjeruju da je ova faga suradnja oblik altruizma kako bi se osigurala kontinuirana replikacija unutar domaćina koji nije ranije prijavljen u virusnim ili fagim modelima, koji se općenito smatraju inertnim nukleinskim kiselinama u proteinskoj ljusci. Nadaju se da će ovo otkriće potaknuti one koji rade na virusnom polju, posebno onima koji rade na ljudskim virusima.

Sveučilište u Exeteru

Mikrobiolozi na Sveučilištu Exeter također su otkrili da čestice faga koje inficiraju bakterije Pseudomonas aeruginosa mogu zajedno raditi kako bi prevladale antivirusne CRISPR obrane.

Tim koji su vodili Edze Westra i Stineke Van Houte utvrdili su da su neke bakterije s CRISPR strojevima djelomično imune na fagove koji kodiraju anti-CRISPR. Pokazali su da se ti fagi surađuju kako bi se prevladali CRISPR s prvim fagom koji blokira imunološki sustav domaćina CRISPR, ostavljajući iza sebe CRISPR imunosupresiran bakterijski domaćin u kojem drugi fag može uspješno replicirati.

S obzirom da pojedini fag samostalno ne mogu u potpunosti preplaviti CRISPR, potrebno je faganje "timski rad" kako bi se prevladalo i uspostavila infekcija u bakterijskoj populaciji. Kako broj CRISPR-imunosupresiranih bakterijskih domaćina u populaciji raste, sve više infekcija faga je uspješno, čime se infekcija širi. Kao posljedica toga, u početku je potreban određeni broj faga u okolišu kako bi se infekcija fage širila kroz cijelu bakterijsku populaciju. Početna količina faga koje su potrebne za to se odlikuje točnom točkom koja odlučuje hoće li fag zadržati repliciranje ili da li će infekcija umrijeti.

Exeterovi istraživači navode ovo otkriće kao proboj koji bi mogao biti koristan za poboljšanje terapije fagom, koji je dugo bio proučavan i testiran za liječenje patogenih bakterijskih infekcija. "Utvrđivanje da faga djeluje zajedno na razoružavanje bakterijskih imunoloških sustava bilo je vrlo iznenađujuće za nas i može pomoći u poboljšanju strategija za korištenje faga za liječenje bakterijskih infekcija kod ljudi, budući da će doza faga koja se koristi u terapiji odrediti može li fag uspješno eliminirati bakterijske infekcije ", kaže Van Houte.

"Općenito, to pokazuje da trajni imunosupresivni učinak virusa na njegovu domaćina može imati duboke implikacije za epidemiologiju infekcije", kaže Westra.

menu
menu