Российские
исследователи разобрались в действии новой иммунной системы бактерий,
основанной на работе малоизученных белков из семейства аргонавтов.
Система, которую учёные
назвали SPARDA, помогает бактериям защищаться от вирусов, вызывая гибель
инфицированных клеток вместе с вирусом. Эта система основана на принципиально
новом механизме деградации нуклеиновых кислот за счёт дополнительных белков,
ассоциированных с белком-аргонавтом, а не за счёт активности самого аргонавта.
О своих результатах исследователи рассказали в
статье, опубликованной в журнале Nature
Microbiology.
Работу необычных
белков-аргонавтов изучили учёные Института биологии гена РАН под руководством члена-корреспондента
РАН А.В. Кульбачинского при участии сотрудников
лаборатории белок-белковых взаимодействий Института биохимии им. А.Н
Баха РАН ФИЦ Биотехнологии РАН.
«И знаменитая система
CRISPR-Cas, и прокариотические белки-аргонавты обнаруживают и расщепляют
чужеродные нуклеиновые кислоты — ДНК, в которой закодирована генетическая
информация, или РНК, которая является «копией» ДНК и посредником при синтезе
белка. Узнавание «чужой» нуклеиновой кислоты происходит за счет коротких
цепочек нуклеиновых кислот-«гидов», помогающих распознать нужные участки.
Белки-аргонавты или белки Cas, если мы говорим о системе CRISPR-Cas, разрезают
мишени ДНК или РНК, так как обладают нуклеазной активностью. Однако такую
активность проявляют не все прокариотические аргонавты. Представители недавно
обнаруженной большой группы так называемых «коротких» аргонавтов связывают
нуклеиновые кислоты-гиды, но имеют иной механизм действия»,
— поясняет руководитель исследования.
Учёные исследовали
короткие прокариотические аргонавты, которые кодируются в геномах совместно с
предполагаемой «эффекторной» нуклеазой (то есть, белком, способным разрезать
нуклеиновые кислоты), из разных видов бактерий. Было обнаружено, что короткие
аргонавты образуют комплекс с эффекторной нуклеазой, который получил название
SPARDA — short prokaryotic Argonaute, DNase and RNase associated, что
переводится как «короткий прокариотический аргонавт, ассоциированный с ДНКазой
и РНКазой». Этот комплекс состоит из двух разных цепочек аминокислот — самого
короткого аргонавта и прочно ассоциированной с ним нуклеазы. Такой вывод
биологи смогли подтвердить с помощью многоуглового измерения светорассеяния при
хроматографическом разделении частиц по размерам (метод SEC-MALS) на установке miniDAWN (Wyatt Technology), которая входит
в состав ЦКП «Промышленные биотехнологии» ФИЦ Биотехнологии РАН.
Исследователи выяснили,
что распознавание ДНК-мишени при помощи «гида» запускает нуклеазную активность
SPARDA, что приводит к неизбирательному расщеплению клеточной ДНК. Такая
активность не только останавливает развитие фаговой вирусной инфекции в клетках
бактерий, но и может быть использована в биоинженерии и медицине для детекции
целевых молекул ДНК (например, при диагностике инфекций).
«SPARDA может
активироваться плазмидами (так называют небольшие кольцевые бактериальные ДНК)
или фагами — вирусами, поражающими бактериальные клетки. Это приводит к
деградации клеточной, плазмидной и вирусной ДНК и гибели клеток или их переходу
в состояние покоя. Гибель инфицированных клеток останавливает развитие
инфекции, обеспечивая защиту остальной части популяции от вируса. Эта работа
расширяет спектр известных иммунных систем бактерий и предлагает новые пути их
применения в генетических технологиях», — заключает
руководитель исследования.
Работа поддержана
грантом Российского научного фонда.
Источник: ФИЦ Биотехнологии РАН.