Новое исследование, опубликованное в журнале Cell Host & Microbe, предполагает, что некоторые анти-CRISPR белки более широко распространены в природе, чем предполагалось ранее. Эти анти-CRISPR потенциально могут быть использованы для лучшего регулирования активности систем CRISPR-Cas9 в будущем.
CRISPR-системы - это бактериальные иммунные системы, которые позволяют бактериям целенаправленно бороться с заражающими вирусами (фагами).
Из-за своей программируемой природы системы CRISPR, и в частности Cas9, в настоящее время широко используются в медико-биологической промышленности с потенциалом для обеспечения прорывной генной терапии, новых антибиотиков и методов лечения малярии.
Интересно, что фаги разработали белки против CRISPR, чтобы преодолеть бактериальные системы CRISPR в эволюционной гонке вооружений между вирусами и бактериями. Эти белки быстро подавляют защитную систему бактерии-хозяина, делая бактерию уязвимой для инфекции.
Несмотря на их значительную биологическую важность, до сих пор было обнаружено лишь несколько анти-CRISPR-белков в очень специфической подгруппе бактерий. Существующие анти-CRISPR-белки не распространены в природе. и были идентифицированы путем изучения ДНК фагов, способных инфицировать бактерии, содержащие CRISPR-Cas9. Используя этот метод, можно культивировать бактерии и фаги, которые способны заражать и избегать наблюдения эндогенной системы CRISPR Cas9.
Мы использовали другой подход, который сосредоточился на функциональной активности анти-CRISPR, а не на сходстве последовательностей ДНК. Этот подход позволил нам найти анти-CRISPR в бактериях, которые не всегда можно культивировать или заражать фагами. И результаты действительно впечатляют», - говорит Рубен Васкес Урибе, постдоктор Центра биоустойчивости (DTU) Фонда Ново Нордиск.
Исследователи идентифицировали гены анти-CRISPR, используя общую ДНК из четырех образцов фекалий человека, двух образцов почвы, одного образца фекалий коровы и одного образца фекалий свиньи. ДНК разрезали на более мелкие фрагменты и случайным образом экспрессировали на плазмиде внутри бактериальной клетки. Эта клетка содержала генетическую цепь для селекции анти-CRISPR-активности. Короче говоря, это означало, что клетки, содержащие плазмиду с потенциальным анти-CRISPR-геном, становились устойчивыми к определенному антибиотику. Напротив, клетки, в которых плазмида не проявляла анти-CRISPR-активности, погибали. С помощью этой системы исследователи могли легко обнаружить и выбрать ДНК с анти-CRISPR-активностью и проследить ее происхождение.
Используя этот подход к метагеномной библиотеке, ученые смогли идентифицировать одиннадцать фрагментов ДНК, которые обходят активность Cas9.
Дальнейшая характеристика может подтвердить активность четырех новых анти-CRISPR. Филогенетический анализ показал, что гены, идентифицированные в образцах фекалий, присутствуют в бактериях, обитающих в различных средах, например, в бактериях, живущих в кишечнике насекомых, морской воде и пищевых продуктах. Это показывает, что недавно открытые гены распространены во многих бактериальных ветвях древа жизни, а в некоторых случаях имеются свидетельства того, что некоторые из этих генов многократно переносились горизонтально в ходе эволюции..
«Тот факт, что анти-CRISPR, которые мы обнаружили, так распространены в природе, говорит о том, что они очень полезны и имеют большое значение с биологической точки зрения», - говорит Мортен Зоммер, научный директор и профессор Фонда Ново Нордиск. Центр биоустойчивости (DTU).
Эти результаты показывают, что анти-CRISPR, вероятно, могут играть гораздо большую роль во взаимодействии между фагом и хозяином, чем предполагалось ранее.
Более ранние исследования в этой области продемонстрировали, что анти-CRISPR-белки можно использовать для уменьшения ошибок, таких как разрезание ДНК в нецелевых участках, при редактировании генома в лаборатории.
Сегодня большинство исследователей, использующих CRISPR-Cas9, испытывают трудности с контролем системы и нецелевой активностью. Поэтому анти-CRISPR-системы очень важны, потому что вы хотите иметь возможность включать и выключать вашу систему для тестирования Таким образом, эти новые белки могут стать очень полезными», - говорит Мортен Соммер.
Исследователи на самом деле обнаружили, что четыре новых анти-CRISPR белка, по-видимому, обладают разными чертами и свойствами. В дальнейшем будет очень интересно исследовать это дальше.