Ученые из России и США под руководством директора Центра системной биомедицины и биотехнологий Сколтеха, профессора Константина Северинова опубликовали две новые работы о механизме действия CRISPR/Cas9 — иммунной системы бактерий, которая сейчас используется в области геномного редактирования.
Они выявили неожиданные последствия влияния CRISPR/Cas9-систем на процесс инфицирования бактерий вирусами-бактериофагами, а также изучили детали того, как бактерии приобретают иммунологическую «память» о перенесенных ранее вирусных инфекциях. Результаты работ (первая и вторая) опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.
CRISPR/Cas9-система состоит из сегмента ДНК бактериальной хромосомы, который называется «CRISPR-кассета», и cas-генов, кодирующих Cas-белки. CRISPR-кассета состоит из коротких повторяющихся последовательностей ДНК, разделенных уникальными участками – спейсерами, происходящими из чужеродной вирусной ДНК.В том случае, если последовательность спейсера совпадает с последовательностью чужеродной ДНК, появившейся в клетке, Cas-белки могут распознать ее и уничтожить.
Статья Александры Строцкой (Сколтех) и ее коллег посвящена изучению процесса заражения бактериофагами (вирусами бактерий) бактерий, имеющих соответствующие этим вирусам спейсеры. «Самым важным и неожиданным нашим заключением стало то, что в отличие от “нормальных” иммунных систем, например человеческой, CRISPR/Cas9 система не спасает индивидуальные клетки: все инфицированные клетки умирают. Однако в отличие от обычной инфекции незащищенных клеток, в клетках с CRISPR/Cas9 не образуется вирусное потомство. То есть инфицированная клетка, способная распознать вирусную ДНК с помощью CRISPR/Cas9, погибает альтруистичной смертью, спасая другие клетки и снижая вероятность распространения инфекции по популяции», — рассказывает Строцкая.
Статья Ольги Мушаровой (Сколтех) посвящена тому, как спейсеры, соответствующие чужеродной ДНК, попадают в CRISPR-кассету. Для того, чтобы распознавать последовательности ДНК вируса, в CRISPR-кассете бактерии должны присутствовать соответствующие спейсеры. Но как и откуда они берутся? Мушарова и ее коллеги обнаружили, что встраивание спейсеров происходит в то время, когда инфицированная клетка пытается бороться с вирусом, разрушая его ДНК. Некоторые из этих попыток случайно приводят к образованию кусочков ДНК, длина которых совпадает с длиной спейсеров, Такие кусочки встраиваются в CRISPR-кассету, что дает клетке и ее потомкам возможность эффективно бороться с вирусом. “Наши результаты дали возможность построить полную модель CRISPR-иммунитета – от исходной «вакцинации», то есть, приобретения нового спейсера до разрушения ДНК вируса во время последующих инфекций», — отметила Мушарова.