Kako se bakterije same cijepe protiv virusnih napadača
Poput većine organizama, i bakterije su plijen virusa. Čim vidi virus, bakterija može upotrijebiti mnoštvo imunoloških strategija kako bi razrezala svoj genom pomoću molekularnih rezača poput CRISPR-Cas, također imenjaka popularnog laboratorijskog alata.
Nova studija sada pokazuje da obrambene strategije bakterija ne djeluju izolirano. Istraživači sa Sveučilišta Rockefeller otkrili su da se između CRISPR-Cas sustava i druge istaknute obrambene strategije bakterija, poznate kao restrikcijski enzimi, odvija iznenađujuća razina suradnje. "Mnogi su znanstvenici koristili jedan ili oba ova sustava za svoja istraživanja, ali nismo znali u kojoj su mjeri povezani u bakterijama", kaže Luciano Marraffini, profesor i istraživač s Medicinskog instituta Howard Hughes.
Nalazi pokazuju da, iako restrikcijski enzimi djeluju kao prva linija obrane, oni također pripremaju materijal koji će CRISPR-Cas trebati za precizno ciljanje virusa. "Mehanizam podsjeća na naš vlastiti višestruki imunološki odgovor", kaže Marraffini. "Uključuje privremenu prvu liniju obrane prije aktiviranja drugog, robusnijeg prilagodljivog odgovora."
Restrikcijski enzimi sposobni su cijepati kratke sekvence DNK, tako da ih bakterija koristi čim virus napadne bakterijsku stanicu. CRISPR-Cas, sofisticiraniji sustav, dolazi kasnije. Dok restrikcijski enzim usitnjava virusnu DNK grubošću kosilice, CRISPR-Cas je poput oštrih škara. Presijeca virusnog uljeza s besprijekornom preciznošću uredno ga poravnavajući s molekularnim vodičem koji cilja na specifičnu genetsku sekvencu.
Obje vrste bakterijske obrane obično koriste biolozi čiji svakodnevni poslovi uključuju manipulaciju DNK u različite svrhe - kao što je sekvenciranje gena, stvaranje fluoresciranja molekula ili stvaranje životinja s modificiranim genomima. U 1970-ima, znanstvenici su koristili restrikcijske enzime kako bi razvili novi alat nazvan rekombinantna DNK, koji je omogućio kloniranje i proučavanje pojedinačnih gena. A prije desetak godina, tehnologija temeljena na CRISPR-Casu revolucionirala je bioznanost dajući znanstvenicima sredstva za uređivanje genoma unutar živih stanica i organizama.
Radeći sa Staphylococcus aureusom, Pascal Maguin, diplomirani suradnik u Marraffinijevom laboratoriju, otkrio je da strategije sjeckanja virusa ove bakterije bolje djeluju zajedno nego same. Kada su Staph zaštićeni samo restrikcijskim enzimima, njihova je obrana kratkotrajna jer će neki od virusa na kraju početi štititi svoju DNK - a nakon nekog vremena, pokazuje njihova studija, bakterije koje rastu u posudi počet će se smanjivati. Međutim, ako Staph ima pristup oba sustava, oni se brzo oporavljaju.
Maguin i njegovi kolege otkrili su kako dva sustava rade zajedno - segmenti koji su prethodno bili isječeni restrikcijskim enzimima pomažu CRISPR-Cas strojevima da generiraju molekularni vodič potreban za pronalaženje virusa i zaustavljanje infekcije. "To je pomalo kao cijepljenje", kaže Marraffini. "Restrikcijski enzim reže male komadiće virusa koje će CRISPR tada koristiti za postavljanje adaptivnog odgovora."
Nalazi nam ne mogu pomoći samo razumjeti kako se Staph brani od virusa; postoji šansa da bi nas također mogli bolje opremiti za obranu od stafilokoka – vrste poznate po svojoj sposobnosti da postane otporna na antibiotike. Prošle godine, Marraffinijev tim otkrio je da bakterija koristi svoj sustav CRISPR-Cas ne samo za odbijanje virusa, već i za razvoj rezistencije na više lijekova. Bolje razumijevanje sustava moglo bi jednog dana omogućiti znanstvenicima da njime manipuliraju lijekovima kako bi se borili protiv Staph infekcija koje ne reagiraju ni na jedan drugi tretman.
Izvor: Phys.org