Alexander Vitkovski (alev_biz) wrote,
Alexander Vitkovski
alev_biz

Categories:

Как белок-универсал помогает бактериофагам обезоруживать свою жертву

Исследователи Сколтеха из лаборатории профессора Северинова совместно с коллегами из Швейцарии и Израиля исследовали малоизученный механизм защиты бактерий от вирусов – BREX, и продемонстрировали, что его можно «отключить» при помощи вирусного белка, имитирующего ДНК.

Как белок-универсал помогает бактериофагам обезоруживать свою жертву

Результаты исследования опубликованы в журнале Nucleic Acids Research. Между бактериями и их вирусами-бактериофагами идет непрекращающаяся война, в которой, как и во всякой войне, чрезвычайно важно уметь отличать своего от чужого. Для защиты от вирусов некоторые бактерии с помощью так называемых систем рестрикции-модификации (RM) научились «маркировать» свой генетический материал путем метилирования его отдельных участков.



Все «немаркированные» ДНК, например, ДНК бактериофага, распознаются, а затем разрушаются ферментами-эндонуклеазами. Некоторые фаги, в свою очередь, научились «спасаться» от RM-систем, используя белки, имитирующие немаркированную ДНК. Эндонуклеаза воспринимает такой белок как ДНК в силу их химической схожести и связывается с ним, что предотвращает «атаку» на ДНК фага.

Как белок-универсал помогает бактериофагам обезоруживать свою жертву
Структура генного кластера BREX типа I из Escherichia coli

Аспирант Сколтеха Артем Исаев и его коллеги из Тель-Авивского университета и Научно-исследовательского центра Philip Morris International показали, что Ocr – белок хорошо изученного фага T7, имитирующий ДНК, представляет собой универсальный инструмент, который не только является ингибитором RM-систем, но и способен защищать фага от системы BREX (BacteRiophage EXclusion). BREX – это еще один способ защиты бактерий от фагов. Он используется многими бактериями и, в том числе, кишечной палочкой Escherichia coli, которая часто становится «жертвой» фага T7.

«Пять лет назад мы знали, что бактерии могут защищаться от вирусов с помощью RM-систем, CRISPR-системы и токсин-антитоксиновых систем. В последние годы с помощью методов биоинформатики было предсказано, что эти системы – лишь малая часть огромного многообразия защитных механизмов, которые бактерии используют для борьбы с фагами.

BREX стала первой среди новых предсказанных систем, защитное действие которой было показано в экспериментах. Такими системами обладает приблизительно одна десятая часть всех микроорганизмов, а у бактерий эти системы встречаются даже чаще, чем знаменитые CRISPR-системы. При этом нам пока неизвестно, как именно BREX-системы спасают бактерии от инфекции», – сказал Исаев.

Как белок-универсал помогает бактериофагам обезоруживать свою жертву
Белок Ocr бактериофага Т7 мимикрирует под ДНК, «обманывая» систему BREX у кишечной палочки

В отличие от RM-систем, BREX не разрушает ДНК фага. Возможно, она каким-то образом препятствует ее репликации внутри зараженной клетки. Известно, что практически во всех механизмах BREX используется метилтрансфераза BrxX – фермент, отвечающий за «маркировку» ДНК бактерии с целью ее самораспознавания. По-видимому, белок Ocr связывается с метилтрансферазой BrxX и выключает ее. В результате клетка теряет возможность отличить свою ДНК от ДНК фага и не может бороться с инфекцией.

«Мы показали, что Ocr взаимодействует с метилтрансферазой, блокируя метилирование хозяйской ДНК. Теоретически это могло бы вызвать аутоиммунную реакцию: поскольку хозяйская ДНК уже не «маркирована» как таковая, она может подвергаться атаке со стороны системы BREX. Однако этого не происходит. Чтобы понять, как именно Ocr преодолевает BREX, в будущем нам необходимо будет понять принципы защитного действия BREX», – объяснил Исаев.

Так как системы защиты бактерий от вирусов в основном строятся на распознавании чужеродной ДНК, инструменты на их основе могут использоваться в молекулярной биологии и медицине. Благодаря открытию RM-систем и описанию механизма их работы стало возможным молекулярное клонирование, а открытие систем CRISPR положило начало геномному редактированию. Кроме того, исследование средств защиты бактерий и фагов может помочь в поиске и подборе вирусов для борьбы с резистентными к антибиотикам бактериями.

«История борьбы бактерий с фагами насчитывает миллиарды лет. Эта непрекращающаяся «гонка вооружений» является одной из основных движущих сил эволюции в мире микроорганизмов. Обе стороны накопили богатый арсенал стратегий борьбы друг с другом. Лично мне интересно узнать, какие еще тайны хранит в себе геном и какие новые механизмы мы сможем открыть, изучить и применить в будущем», – отметил в заключение Исаев.

Текст: Сколтех





Ссылка на источник

Tags: ДНК, бактерии, биотехнология, генетика, инфекции, исследования
Subscribe

Posts from This Journal “генетика” Tag

Buy for 30 tokens
Беда не приходит одна Если кто ещё помнит одного из самых ярких блогеров Живого Журнала Рому Петрова romapetrov, то этот пост для вас. Ромы с нами уже нет, однако в его семье продолжают происходить неприятные вещи, так год назад папа Ромы перенес инсульт и мы с вами помогли ему…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments