Jak bakterie používají CRISPR k očkování proti virům

Bakterie používají virové zdřímnutí k budování imunity

Podle Humberto Basilio editoval Sarah Lewin Frasier

Myšlenka, že jednobuněčná bakterie se může bránit proti virům podobným způsobem, protože lidský imunitní systém 1,8 bilionu buněk je pro molekulární biolog Joshua Modell z Johns Hopkins University stále „ohromující“.

Vědci před 20 lety zjistili, že bakterie používají adaptivní obranný systém s názvem CRISPR, který umožňuje mikrobům rozpoznat a ničit virové útočníky při opakovaných setkáních. V nedávné studii zveřejněné v Hostitel Cell a mikrob, Modell a jeho tým prohloubili naše chápání Jak bakterie používají tento systém k „očkování“ Samy proti fágům, virům, které se je snaží zabít. Zjištění by mohla pomoci rozvoji léčby v boji proti antimikrobiální rezistenci, která přispívá k milionům úmrtí ročně.

Systém CRISPR umožňuje bakteriím upravovat svůj vlastní genom. Po vystavení viru mohou bakterie použít speciální enzym k vložení malých kousků DNA viru, nazývané rozpěrky, do jejich genomu, což jim příště pomáhá rozpoznat a bojovat proti viru. Vědci nyní tento enzym používají jako pár „Genetické nůžky„Abychom vyladili DNA ve všem od laboratorních experimentů po genové terapie, ale vědci stále věděli jen málo o tom, jak se tento proces odehrává v bakteriích.“ Říkali jsme tomu tajemství CRISPR, protože jsme opravdu nerozuměli tomu, co se uvnitř děje, “říká Modell.

O podpoře vědecké žurnalistiky

Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.

Abychom pochopili, jak bakterie dokážou chytit DNA invazních virů, vědci provedli kontrolované laboratorní experimenty pomocí Streptococcus pyogenes bakterie a fágy, které jej infikují. Během infekční fáze většina fágů okamžitě roztrhává buňku, což je proces známý jako lýza. Ve vzácných případech se mohou místo toho skrývat uvnitř bakteriální DNA a stát se spícím, což je stav zvaný lysogeneze. Tento stav je notoricky obtížné studovat.

V laboratoři Modellův tým infikoval bakterie fágy, které by mohly být spící a geneticky upravené fágy uzamčené v aktivním stavu. Vědci poté shromáždili přežívající buňky a zkontrolovali jejich genetický kód, aby zjistili, zda přidali nové spacery odebrané z DNA virů.

Zjistili, že bakterie přidaly pouze spacery z fágů, které by mohly být spící. Během tohoto klidu, Modell vysvětluje, že bakterie mají čas chytit malé kousky virové DNA a uložit je do jejich genomu. „Systém CRISPR vytváří vzpomínky proti inaktivované formě viru stejně jako vakcína,“ říká Modell. Aby se potvrdily jejich výsledky, Modell a jeho tým vystavili bakterie přenášející Spacer opět stejnému fágům, aby pozorovali, zda je nové genetické vzpomínky chrání před infekcí. Vědci poznamenali, že bakterie může rozpoznat fágy pomocí těchto uložených fragmentů a bojovat s nimi.

Zjištění jsou „velmi pozoruhodná“, říká molekulární biolog Stan Brouns z Delft University of Technology v Nizozemsku, který se do studie nezúčastnil. Porozumění interakcím mezi fágy a bakteriemi je klíčem ke zlepšení fágových terapií, což je přístup, ve kterém vědci používají viry k léčbě infekcí způsobených bakteriemi, které vyvinuly rezistenci vůči antibiotikům.

Toto nové porozumění by také mohlo pomoci vědcům navrhnout fágy, na které bude náchylné k bakteriím způsobujícím infekci, říká molekulární biolog Rodolphe Barrangou v Severní Karolíně a který se také do studie nezabýval. Různé bakterie mohou mít jakýkoli z více než 150 obranných mechanismů antiphage, které se ošetření musí vyhnout; Pochopení toho, jak tento funguje, „bude inspirovat lidi, kteří pracují (bakterie), aby přemýšleli o fágových terapiích na širší škále infekčních chorob“.

Je čas postavit se za vědu

Pokud se vám tento článek líbil, rád bych požádal o vaši podporu. Vědecký Američan sloužil jako obhájce vědy a průmyslu po dobu 180 let a právě teď může být nejkritičtějším okamžikem v této historii dvou století.

Byl jsem Vědecký Američan Předplatitel od svých 12 let a pomohlo to utvářet způsob, jakým se dívám na svět. Dejte mi vědět Vždy mě vzdělává a potěší a inspiruje pocit úcty pro náš obrovský, krásný vesmír. Doufám, že to také pro vás.

Pokud Přihlaste se k odběru Vědecký AmeričanPomáháte zajistit, aby naše pokrytí bylo soustředěno na smysluplný výzkum a objev; že máme zdroje na podávání zpráv o rozhodnutích, která ohrožují laboratoře po celé USA; a že podporujeme začínající i pracující vědce v době, kdy se hodnota samotné vědy příliš často nerozpoznala.

Na oplátku získáte základní zprávy, Upmasující podcastyBrilantní infografika, zpravodaje nemohu vynechatMust-Watch videa, náročné hrya nejlepší psaní a hlášení vědeckého světa. Můžete dokonce Darujte někomu předplatné.

Nikdy nebylo důležitější čas, abychom se postavili a ukázali, proč věda záleží. Doufám, že nás v této misi podpoříte.