CRISPR coordonează un răspuns imunitar stratificat împotriva bacteriofagilor invadatori
Funcția principală a sistemelor CRISPR-Cas, un instrument revoluționar utilizat de oamenii de știință pentru editarea genelor, este apărarea bacteriilor împotriva amenințărilor, cum ar fi virusurile denumite bacteriofagi.
Cercetătorii au continuat să studieze toate variantele sistemelor CRISPR-Cas (până în prezent, au fost identificate 2 clase, 7 tipuri și 46 subtipuri) pentru a înțelege toate capabilitățile acestora.
O nouă lucrare din laboratorul lui Yan Zhang, profesor asociat de chimie biologică și microbiologie și imunologie la Universitatea din Michigan, împreună cu colegii și colaboratorii săi, descoperă o caracteristică anterior subestimată a sistemului CRISPR-Cas de tip I în bacteria Neisseria: prezența unor gene suplimentare de imunitate înnăscută încorporate.
Grupul a constatat că tipul I CRISPR funcționează și ca un manager care reglează expresia acestor sisteme de apărare încorporate.
„Descoperirea noastră principală aici este că sistemele de apărare anti-fag ale bacteriilor pot fi organizate într-o ierarhie de reglementare stratificată”, a afirmat Zhang.
„În cazul nostru, CRISPR-Cas acționează ca un comandant-șef care reglează reprimarea și de-reprimarea altor gene ale sistemelor de apărare înnăscute, care sunt ascunse în cadrul locusului CRISPR-Cas.”
Studiul, co-conducător de Dr. Ming Li de la Institutul de Microbiologie, Academia Chineză de Științe, este publicat în jurnalul Nature.
În condiții obișnuite, producția acestor gene de apărare trebuie să fie menținută sub control, a explicat Zhang, deoarece activarea lor vine cu un cost, inhibând creșterea bacteriilor. Această reprimare se realizează prin legarea complexului CRISPR-Cas de secvențele promoter ale genelor de apărare, acționând ca un obstacol și împiedicând transcrierea acestora.
„CRISPR este prima linie de apărare în timpul infecțiilor cu fag, dar atunci când CRISPR este defect sau dezarmat într-un fel, aceasta ridică reprimarea, ducând la o explozie de producție a sistemelor de apărare înnăscute ca arme de rezervă pentru a distruge fagi”, a explicat Zhang.
Fagii, desigur, au propriile trucuri pentru a ocoli apărarea CRISPR, inclusiv utilizarea unui inhibitor peptidic conceput pentru a dezactiva mecanismul Cas. Cu toate acestea, în fața acestei ierarhii de apărare stratificată, un inhibitor Cas nu mai este suficient pentru a salva fagul, deoarece declanșează eliberarea apărărilor de rezervă care pot distruge fagi, spune Zhang.
Această nouă înțelegere a imunității bacteriene anti-fag ar putea fi valorificată în câteva moduri, adaugă ea. În primul rând, pentru industriile care utilizează bacterii, cum ar fi producătorii de iaurt, produse fermentate sau biocombustibili, aceste informații ar putea ajuta la ingineria unor tulpini bacteriene mai rezistente la fagi. În al doilea rând, ar putea ajuta la dezvoltarea terapiei cu fagi.
„Pentru a crea terapii cu fagi mai eficiente care să distrugă patogenii bacterieni rezistenți la antibiotice, trebuie să înțelegem ce sisteme de apărare ascunse ar putea fi prezente, astfel încât să putem ingineriza fagi pentru a le depăși.”
Această lucrare se bazează pe geneticile Neisseria și platformele de fag stabilite de fostul postdoctor Xufei Zhou și actualul student la doctorat Xin Li în laboratorul lui Zhang, făcând posibilă studierea importanței fiziologice a acestei reglementări într-o gazdă nativă.
„A fost o colaborare cu adevărat plăcută”, adaugă Zhang, recunoscându-l pe Li și pe membrii echipei sale pentru „inițierea acestui proiect, invitându-ne să colaborăm și conducând multe aspecte cheie ale descoperirii.”
