Ученые уже столетие знают, что вирусы атакуют, а иногда и убивают бактерии, почти так же, как люди заболевают гриппом. Но только недавно они начали понимать биохимию, которая происходит, когда бактерии и вирусы стремятся к конкурентному преимуществу, что имеет далеко идущие последствия для медицины и многое другое.
Десять лет назад «никто не думал, что бактерии обладают сложной адаптивной иммунной системой», – сказал Блейк Виденхефт, доцент кафедры микробиологии и иммунологии Университета штата Монтана в Колледже литературы и науки и Колледже сельского хозяйства.
Однако с тех пор исследователи обнаружили механизм, с помощью которого бактерии обладают молекулами, похожими на машины, которые обнаруживают и уничтожают вторгшиеся вирусы.
Этот иммунный ответ называется CRISPR, аббревиатура, описывающая, как бактерии включают фрагменты вирусной ДНК в свой собственный геном, чтобы распознавать вирусы и бороться с ними в будущем.
Для Wiedenheft, всемирно признанного эксперта в этой области, растущее знание CRISPR вызвало другие вопросы: нашли ли вирусы способы подорвать бактериальную защиту?? И если да, то как?
"Вирусы грозны", – сказал Виденхефт. "И мы начинаем узнавать о творческом арсенале стратегий, которые они разработали, чтобы избежать обнаружения, но их носители."
В последнем открытии его команды, опубликованном в научной статье в журнале Molecular Cell 11 марта, Виденхефт описывает не только новые детали защиты CRISPR в природе, но и открытие, которое расширяет понимание учеными того, насколько изобретательны вирусы.
Используя мощный электронный микроскоп и передовые методы обработки изображений, Виденхефт и его сотрудник, доцент научно-исследовательского института Скриппса Габриэль Ландер, смогли увидеть, как сложная молекула CRISPR реагирует на вирусную ДНК, разворачивая молекулярный рычаг, который Виденхефт сравнивает с "маяком"."Лендер и Виденхефт – ведущие соавторы статьи.
По словам Виденхефт, маяк похож на «красный мигающий свет, который сигнализирует об опасности», служащий биохимическим сигналом для других молекул CRISPR, чтобы уничтожить вирус.
Удивление произошло, когда исследователи поняли, что маяк похож на белок, который, как известно, производит вирус. Матч был невероятно точным.
«Похоже, что вирус украл маяк и использует его как приманку», – сказал Виденхефт. Другими словами, высвобождая молекулы белка-маяка в бактерии, вирус может сбить с толку сигнал тревоги CRISPR. "Это блестяще и коварно."
«Это открытие предполагает, что вирусы могут развить контрзащиту, заимствуя части самой (CRISPR) иммунной системы и повторно используя их, чтобы заставить замолчать иммунный ответ», – сказал Виденхефт.
Это не первый раз, когда команда Wiedenheft обнаруживает такую вирусную подрывную деятельность. В 2014 году его команда и группа международных коллег опубликовали документ, показывающий, что так называемые «анти-CRISPR» могут блокировать бактериальную иммунную систему, используя комбинацию стратегий.
В 2017 году они опубликовали результаты, показывающие, что два других анти-CRISPR не позволяют иммунной системе распознавать вирус, либо имитируя ДНК, либо функционируя как грубые клинья, которые блокируют машины вирусного наблюдения.
Что делает последнее открытие значительным, так это то, что это первый наблюдаемый случай вируса, имитирующего реальный белок CRISPR, сказал Вайденхефт.
По словам Виденхефта, вопрос о том, «украл» ли вирус маяк, т. Е. Напрямую присвоил ему вирус, остается открытым, или же он развился независимо.
«Затем мы хотим напрямую проверить эту эволюционную гипотезу» и посмотреть, можно ли поймать вирус прямо в процессе, – сказал Виденхефт.
Если им это удастся, это откроет возможности для создания анти-CRISPR в лаборатории, что может иметь большое значение в медицине, сказал Виденхефт. Вирусы уже используются в качестве альтернативного лечения против устойчивых к антибиотикам бактерий, и разработка их способности преодолевать естественную защиту CRISPR может в дальнейшем помочь в лечении вредных бактерий.