Учени откриха молекулярен ключ за CRISPR

За много бактерии една от линиите на защита от вирусно заразяване е специализираната РНК-насочена „имунна система”, наречена CRISPR-Cas. В центъра на тази система е наблюдателен комплекс, разпознаващ вирусна ДНК и предизвикващ унищожението ѝ. Въпреки това, вирусите могат да отвърнат на удара и да дестабилизират този комплекс, благодарение на анти-CRISPR протеини, въпреки че никой още не е открил как точно работят те – до сега.

За първи път, учени разгадават структурата на вирусните анти-CRISPR протеини, прикрепени към бактериалния CRISPR наблюдателен комплекс, откривайки как точно вирусите блокират бактериалните защити. Изследователският екип, един от чиито ръководители е биологът Gabriel C. Lander от The Scripps Research Institute (TSRI), открил че анти-CRISPR протеините действат като заключват способността на CRISPR да идентифицира и атакува вирусния геном. Един анти-CRISPR протеин дори имитира ДНК, за да изкара насочената CRISPR идентификация от релсите.

Невероятно е какво тези системи си причиняват една на друга, казва Lander. Всичко се свежда до еволюционната битка помежду им.

Новото проучване, в което участва и Blake Wiedenheft от Щатския Университет на Монтана, е публикувано наскоро в списание Cell. Ако CRISPR комплексът ви звучи познат, това е защото, това е най-новата технология за генно модифициране на организми. Учените успяха да използват естественaта способност на CRISPR да скъсява вирусна РНК-последователност, за да премахнат нежелан ген от почти всеки организъм.


РЕКЛАМА:

***

Въпреки че CRISPR-Cas9 е холивудската знаменитост сред CRISPR системите, съществуват 19 вида системи, всяка от които има уникални предимства за генно инжениране. Те са обемен, непроучен източник, казва Lander. Колкото повече научим за структурата на тези системи, толкова повече ще можем да се възползваме от тях като инструменти за генно модифициране.

Използвайки високочестотна техника за изобразяване, наречена криоелектронна микроскопия, учените установили три важни аспекта на CRISPR и анти-CRISPR системите.

Първо, изследователите установили как точно наблюдателният комплекс CRISPR анализира генетичната природа на вируса, за да разпознае участъка, който ще атакува. Протеините вътре в комплекса се струпват по неговата РНК като ръкавица, изваждайки на показ специфични сектори от бактериалната РНК. Тези сектори сканират вирусната ДНК, търсейки генетична последователност, която да разпознаят.

Тази система може набързо да прочете огромни по дължина ДНК-последователности и точно да намери целта си, казва Lander. Ако комплексът CRISPR идентифицира вирусна ДНК, наблюдателната машина привлича още молекули, за да унищожи генома на вируса.

След това, учените анализирали как вирусните анти-CRISPR протеини блокират наблюдателния комплекс. Те открили, че един вид анти-CRISPR протеин припокрива откритата част на РНК на CRISPR , като с това не позволява на CRISPR системата да сканира вирусната ДНК.

Тези анти-CRISPR протеини пречат на бактерията да разпознае вирусната ДНК, обяснява Lander. Той нарича тези анти-CRISPR протеини „изключително умни”, защото те изглежда са еволюирали да се прицелват към критически важни части от машинарията на CRISPR. Ако при бактериите настъпят мутации в тази машинария, с цел избягване вирусни атаки, CRISPR системата ще престане да съществува. CRISPR системите не могат да се предпазят от тези анти-CRISPR протеини без напълно да променят механизма, чрез който разпознават ДНК, изяснява той.

Друг антиCRISPR протеин използва различен механизъм. Базирайки се на местоположението и отрицателния заряд, изследователите вярват, че анти-CRISPR протеинът имитира ДНК, заблуждавайки CRISPR да се свърже с този неразрушим протеин, вместо да напада вирусната ДНК.

Тези открития са важни, защото до преди това знаехме само, че анти-CRISPR протеини блокират бактериални защити, но не знаехме как точно, казва Lander.

Учените твърдят, че това ново разбиране на анти-CRISPR протеините може в крайна сметка да доведе до по-сложни и ефикасни методи за генно манипулиране. Може би анти-CRISPR протеините могат да бъдат използвани в CRISPR системи, за да предотвратят модифицирането на гени – или пък учените ще могат да разграждат анти-CRISPR протеините, за да предизвикват промяна в генни. Това би могло да се използва като ключ за включване и изключване на CRISPR, пояснява Lander.

 

Превод: Кирил Кръстев

Източник: Science Daily


Европейска нощ на учените 2022 г.: