Ученые открыли новый способ, который бактерии используют для защиты от вирусов. На основе бессмысленной на первый взгляд РНК специальный фермент синтезирует ДНК, которая состоит из повторяющейся последовательности, кодирующей защитный белок. Его синтез запускается при попадании вируса в клетку и не позволяет тому размножаться. Основанные на этой системе методы могут дополнить современные технологии редактирования генома. Исследование опубликовано в журнале Science.
Чтобы выжить, вирусы паразитируют на генетическом аппарате всех живых существ, не исключая бактерий, у которых нет ядра для защиты генетической информации — одной кольцевой хромосомы. Тем не менее бактерии активно борются с вирусами. Ученые постоянно выявляют все новые стратегии войны между бактериями и вирусами. Одна из них — это CRISPR-Cas. С помощью нее бактерии вырезают из вирусной ДНК кусочки и вставляют их себе в ДНК на память, чтобы сформировать адаптивный иммунитет. Принципы этого метода заимствованы в широко применяемой технологии редактирования генома и генной терапии. Исследователи стремятся улучшить существующие технологии, изучая ферменты обратной транскрипции, которые производят ДНК на основе РНК. Эти продукты способны встроится в бактериальный геном, причем в некоторых случаях самостоятельно.
Новая обнаруженная система защиты состоит из некодирующей РНК и фермента — обратной транскриптазы, синтезирующей ДНК на основе РНК. Это удивило ученых, так как традиционные системы противовирусной защиты (в том числе CRISPR-Cas) используют разрезание или разрушение чужеродной ДНК, а не синтез. Чтобы понять, как работает эта защитная стратегия, исследователи разработали новую технику для идентификации ДНК, произведенной с помощью обратной транскриптазы.
Оказалось, что некодирующая РНК образовала петлю, по которой фермент «нарезает круги» почти бесконечно. В результате получилась длинная, состоящая из множества повторов одной и той же последовательности ДНК.
«Именно тогда мы обнаружили, что молекула ДНК представляет собой полностью функционирующий, свободно перемещающийся, временный ген», — рассказал руководитель исследования Сэмюэл Стернберг из Колумбийского университета.
Когда вирус проникает в клетку, «временная» молекула ДНК приобретает вторую цепочку и с нее начинает синтезироваться белок иммунной защиты, останавливающий рост бактериальной клетки и не допускающий вирусного размножения.
В клетках млекопитающих работает множество видов обратных транскриптаз с неизвестными до сих пор функциями. В настоящее время ученые используют разработанные авторами методы для поиска внехромосомных генов человека, которые синтезируются обратными транскриптазами.
«Мы считаем, что бактерии могут обладать настоящим кладезем обратных транскриптаз, которые могли бы стать подходящей отправной точкой для новых технологий. Выгодным преимуществом является то, что обратная транскриптаза дает вам возможность записывать новую информацию в сайты, которые разрезает CRISPR, чего CRISPR сам по себе сделать не может», — добавили авторы исследования.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
