Бактерии повсюду. Они живут в почве и воде, на нашей коже и в наших телах. Некоторые из них являются патогенными, то есть вызывают заболевание или инфекцию. Чтобы разработать эффективные методы лечения патогенов, исследователям необходимо знать, какие конкретные гены ответственны за патогенность.
Ученые могут идентифицировать патогенные гены с помощью генной инженерии. Это включает в себя добавление созданной человеком ДНК в бактериальную клетку. Однако проблема в том, что бактерии развили сложные защитные системы для защиты от чужеродных вторжений, особенно от чужеродной ДНК. Современные подходы к генной инженерии часто маскируют созданную человеком ДНК под бактериальную ДНК, чтобы помешать этой защите, но этот процесс требует очень специфических модификаций, является дорогостоящим и трудоемким.
В статье, опубликованной недавно в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, доктор Кристофер Джонстон и его коллеги из Института Форсайта описывают новый метод генной инженерии бактерий, делающий созданную человеком ДНК невидимой для бактерий. защиты. Теоретически этот метод можно применять практически к любому типу бактерий.
Джонстон - научный сотрудник отдела вакцин и инфекционных заболеваний Онкологического исследовательского центра Фреда Хатчинсона и ведущий автор статьи. Он сказал, что когда бактериальная клетка обнаруживает, что в нее проникла чужеродная ДНК, она быстро уничтожает нарушителя. Бактерии живут под постоянной угрозой нападения вируса, поэтому они разработали невероятно эффективную защиту от этих угроз.
Проблема, объяснил Джонстон, заключается в том, что когда ученые хотят поместить человеческую ДНК в бактерии, они сталкиваются с теми же системами защиты, которые защищают бактерии от вирусов.
Чтобы преодолеть этот барьер, ученые добавляют специальные модификации, чтобы замаскировать созданную человеком ДНК и обмануть бактерию, заставив ее думать, что злоумышленник является частью ее собственной ДНК. Этот подход иногда работает, но может потребовать значительного времени и ресурсов.
Стратегия Джонстона другая. Вместо того, чтобы добавить маскировку к созданной человеком ДНК, он удаляет определенный компонент ее генетической последовательности, называемый мотивом. Бактериальной защитной системе необходимо присутствие этого мотива, чтобы распознать чужеродную ДНК и организовать эффективную контратаку. При удалении мотива созданная человеком ДНК становится практически невидимой для защитной системы бактерии.
"Представьте себе бактерию, похожую на вражескую подводную лодку в сухом доке, и созданный человеком генетический инструмент в качестве вашего солдата, которому нужно проникнуть внутрь подводной лодки, чтобы выполнить определенную задачу. Нынешние подходы заключаются в том, чтобы замаскировать шпиона под вражеского солдата, заставить его подойти к каждым воротам, позволить охранникам проверить свои учетные данные, и если все пойдет хорошо, они внутри», - сказал Джонстон. «Наш подход заключается в том, чтобы сделать этого солдата невидимым и заставить его прокрасться прямо через ворота, полностью избегая охранников."
Этот новый метод требует меньше времени и ресурсов, чем существующие методы. В своем исследовании Джонстон использовал бактерию Staphylococcus aureus в качестве модели, но разработанная им лежащая в основе стратегия может быть использована для того, чтобы обойти эти основные защитные системы, которые существуют у 80-90 процентов известных сегодня бактерий.
Этот новый инструмент генной инженерии открывает возможности для исследования бактерий, которые ранее не были хорошо изучены. Поскольку у ученых ограниченное количество времени и ресурсов, они, как правило, работают с бактериями, которые уже были взломаны, объяснил Джонстон. С помощью этого нового инструмента был устранен основной барьер для взлома ДНК бактерий, и исследователи могут использовать этот метод для создания более клинически значимых бактерий.
«Бактерии - двигатели нашей планеты», - сказал доктор Гэри Бориси, старший научный сотрудник Института Форсайта и соавтор статьи. «Способность создавать бактерии имеет огромное значение для медицины, сельского хозяйства, химической промышленности и окружающей среды».