Новые данные исследователей Университета Эксетера показывают, как бактериальная иммунная система может быть вредна для их хозяев, и объясняют, почему они не обнаружены у многих бактерий.
CRISPR-Cas - это иммунная система, которая защищает бактерии от заражения вирусами (так называемыми фагами).
Система работает, похищая небольшой фрагмент вирусной ДНК и используя его для нацеливания и уничтожения совпадающих участков вирусного генома во время будущей инфекции.
Нацеливание с помощью CRISPR-Cas разрушает геном вируса, что означает невозможность создания новых копий вируса.
Ранее группы Вестры и ван Хаута из Института окружающей среды и устойчивого развития в университетском городке Пенрин в Корнуолле показали, что CRISPR-Cas может обеспечить превосходную защиту от «литических» фагов, то есть фагов, которые размножаются внутри клетки-хозяина. и вызвать взрыв бактериальной клетки, высвобождая больше вирусных частиц (10.1016/j.cub.2015.01.065, 10.1038/nature17436).
Однако вирусы обычно ведут «лизогенный» образ жизни, что означает, что они могут интегрироваться в геном хозяина и впадать в спячку до тех пор, пока триггер (часто связанный со стрессом хозяина или сигналами от других фагов) не заставит их снова введите литический путь.
Ведущие авторы текущего исследования, Клэр Ролли и Энн Шеваллеро, работающие в группе Westra, объясняют: «Наши новые результаты показывают, что иммунная система не способна уничтожать лизогенные фаги и часто приводит к повреждению аутоиммунитета. для хозяина во время фаговой инфекции."
Этот тип аутоиммунитета был вызван системой CRISPR-Cas, нацеленной на вирусную ДНК, которая была включена в собственный геном хозяина, что приводило к гибели клетки-хозяина и высвобождению вируса.
Они обнаружили, что бактериальные клетки, которые утратили систему CRISPR-Cas из своего генома, избежали повреждений, вызванных аутоиммунным нацеливанием, выжили и размножились.
"Здесь отсутствие этой ключевой иммунной системы было преимуществом", - объясняют авторы.
Они также подчеркивают, что «анти-CRISPR-белки, которые представляют собой небольшие ингибиторы, вырабатываемые фагом для противодействия иммунному ответу хозяина CRISPR-Cas, и ранее считалось, что они приносят пользу только производящему их фагу, также обеспечивают защиту от В этом сценарии отключение иммунной системы хозяина блокирует аутоиммунитет и предотвращает гибель бактерий».
Бактериальный аутоиммунитет вызывается неполным соответствием "спейсеров" - последовательностей, которые направляют систему CRISPR-Cas к вирусной ДНК.
Авторы показали, что эти несовершенные совпадения с фагами часто встречаются в природе, и поэтому этот аутоиммунный эффект, вероятно, является обычным следствием наличия системы CRISPR-Cas.
Важно отметить, что это может помочь объяснить, почему CRISPR-Cas присутствует только примерно в 40% бактериальных геномов и часто приобретается и теряется у близкородственных штаммов.
Исследование проводилось совместно с теоретиками из Университета Монпелье (Франция) и биоинформатиками из Университета Отаго (Новая Зеландия).
Исследователи Эксетерского университета финансировались Европейским исследовательским советом, Независимой исследовательской стипендией NERC и стипендией Марии Скёдовской-Кюри в рамках исследовательской и инновационной программы Horizon 2020 Европейского Союза.