Исследователи из Университета Джорджии Майкл и Ребекка Тернс были одними из первых, кто начал изучать иммунную систему бактерий. Теперь они определили ключевое звено в том, как бактерии реагируют и адаптируются к иностранным захватчикам.Новое исследование, проведенное Крачками и научным сотрудником постдокторантуры Юньчжоу Вэй из Колледжа искусств Франклина и кафедры биохимии и молекулярной биологии, было недавно опубликовано в журнале Genes.
Разработка.Бактерия приобретает иммунитет против вируса посредством сложного процесса приобретения фрагмента вирусной ДНК и включения последовательности в свой собственный геном.
Эта последовательность идентификации вируса хранится в локусе, широко известном как CRISPR, сокращенно от кластеризованных коротких палиндромных повторов с регулярными интервалами.Затем белки, связанные с CRISPR, используют последовательность для распознавания и уничтожения вирусов.Связанный с CRISPR белок, известный как Cas9, разрушает вторгающуюся вирусную ДНК и был использован в качестве инструмента для программируемого редактирования генома.
Этот новый инструмент позволяет выполнять делеции генов, исправлять мутации и добавлять новые гены в любой геном.Исследование UGA подчеркивает открытие новой роли белка Cas9 в начальном приобретении последовательности захватчика.«Осознание того, что этот фермент действует как для захвата, так и для уничтожения, дает нам связь между этими двумя процессами, которые, по нашему мнению, участвуют в обеспечении того, чтобы этот процесс был специфичным для вируса и избегал потенциального повреждения его собственного генома», — сказала Ребекка Тернс. , старший научный сотрудник в области биохимии и молекулярной биологии. «Наши результаты предполагают участие Cas9 в распознавании вторичного сигнала подтверждения захватчика, называемого PAM».В исследовании команда описывает базовый набор механизмов, необходимых для получения определенного фрагмента вирусной последовательности и вставки этого фрагмента в определенное место.
«То, что Cas9 участвует в обоих процессах, представляет собой важный шаг вперед в понимании того, как бактерии распознают, какую ДНК разрезать и как фермент подтверждает это решение», — сказал Майкл Тернс, заслуженный профессор биохимии и молекулярной биологии.Хотя биологи изучали бактерии почти столетие, эта иммунная система была открыта только в последние 10 лет. Бактериальный иммунитет CRISPR-CAS стал предметом пристального внимания биотехнологий и биомедицинских исследований.«Cas9 — это компонент иммунной системы, который можно спроектировать, запрограммировав его с помощью РНК по вашему выбору, чтобы вырезать фрагмент ДНК по вашему выбору», — сказал Майкл Тернс. «Это фермент, которому мы можем дать последовательность и приказать ему разрезать ДНК, которая совпадает».
Этот прорыв демонстрирует важность фундаментальных исследований: исследуя основной биологический путь — защиту вируса с помощью бактерий — ученые разработали неожиданный реагент, который может вылечить генетические заболевания у людей.«Компьютерные биологи, изучавшие последовательности бактериальных геномов, сделали наблюдения, которые привели их к гипотезе о существовании этой системы. Мы начали проводить эксперименты, чтобы проверить эту гипотезу, и обнаружили эту иммунную систему», — сказала Ребекка Тернс.
«Способ, которым эта иммунная система улавливает последовательности захватчиков, удивителен — и беспрецедентен в биологии».