Keď baktérie majú chrípku

Objavil sa nový spôsob aktivácie bakteriálneho imunitného systému

Organizmy štúdie: Streptococcus pyogenes, tiež nazývané baktérie jesť mäso alebo streptokoky skupiny A, sa tu živia na živnom médiu. © Krzysztof Chylinski
čítať nahlas

Vírusy môžu byť infikované aj mikroorganizmy. Vyvíjajú sofistikované obranné mechanizmy, aby odolali nepriateľským útokom. Dôležitou súčasťou aktivácie mikrobiálneho imunitného systému je zrenie krátkych molekúl RNA (crRNA). Medzinárodný výskumný tím teraz objavil nový spôsob aktivácie crRNA.

Výsledky prezentované v aktuálnom čísle vedeckého časopisu „Príroda“ vrhajú nové svetlo na prenos virulencie nemocničných klíčkov a imunitu bakteriálnych kmeňov pri výrobe mliečnych výrobkov.

Sofistikovaný obranný systém

Mikroorganizmy sú vystavené neustálemu napadnutiu vírusmi, v tomto prípade bakteriofágmi alebo prstencovými nukleovými kyselinami iných baktérií, takzvanými plazmidmi. Tieto cudzie gény môžu preprogramovať genóm hostiteľa na sebavedomie alebo mu dať nové vlastnosti rezistentné voči antibiotikám.

Na ochranu pred infekciou si mikroorganizmy vyvinuli sofistikovaný obranný systém. CRISPRs - Clustered pravidelne Interspaced Short Palindromic Repeats - sú génové sekvencie pre proteín (Cas) a ďalšie takzvané spacery, rezy, ktoré špecificky rozpoznávajú cudzie gény a určujú ich deštrukciu. Mechanizmus CRISPR / Cas je známy iba niekoľko rokov, mnohé podrobnosti o jeho regulácii a mechanizmoch sú stále nejasné.

Výskumná skupina okolo Emmanuelle Charpentier z Laboratória molekulárnej infekčnej medicíny vo Švédsku (MIMS) na Univerzite v Umeå v spolupráci s tímom vedeným Jörgom Vogelom z Ústavu molekulárnej infekčnej biológie (IMIB) na Univerzite vo Würzburgu teraz poskytuje úplne nové zistenia. zobraziť

Preprogramovanie mikrobiálnej hostiteľskej bunky

Ako funguje imunitný obranný systém CRISPR / Cas v mikroorganizmoch? Keď sú baktérie a archaea vystavené vírusovým alebo plazmidovým útokom, do baktérie sa vstreknú krátke kúsky hostiteľskej DNA a začlení sa do génového komplexu CRISPR. Táto zmena genómu vedie k preprogramovaniu mikrobiálnej hostiteľskej bunky, ktorá využíva vstavané génové segmenty ako imunologickú pamäť a poskytuje bunkovej imunite aj budúce infekcie rovnakými nepriateľskými génmi.

Po inkorporácii dôjde k maturácii crRNA, čím sa zmenený genomický komplex CRISPR v hostiteľskej bunke prevedie na molekuly RNA. Tieto molekuly RNA sa štiepia na špecifické sekvencie a v poslednom kroku imunitnej reakcie, tzv. Vyradenie cudzích génov, tieto krátke kúsky crRNA rozpoznajú cudzí genóm a spôsobia to, že zničí stroj na degradáciu celulózy. k.

Doteraz sa predpokladalo, že vo všetkých reakciách tohto imunitného systému postačuje aktivácia proteínom Cas. Nový výskum Charpentierovej a jej kolegov teraz ukazuje, že na aktiváciu mechanizmu CRISPR, ktoré pripomína RNA interferenciu vo vyšších organizmoch, sú potrebné ďalšie faktory v hostiteľskom genóme.

Tri nové faktory

„Skúmali sme imunitnú odpoveď CRISPR / Cas v našom modelovom organizme, Streptococcus pyogenes, ľudskej patogénnej baktérii, “ vysvetľuje Charpentier. „Prekvapivo sme objavili novú cestu pre aktiváciu CRISPR, v ktorej do dozrievania crRNA sú zapojené doposiaľ úplne neznáme tri nové faktory: krátka RNA St Malá RNA, proteín hostiteľa nazývaný endoribonukleáza III a predtým neznámy proteín bielkoviny Csn1.

A ďalej: „Interakcia týchto faktorov vedie k obzvlášť presnému obrannému mechanizmu.“ Podľa vedcov sa malá molekula RNA pre rozpoznávanie vždy viaže na opakujúce sa miesto prekurzorov CRISPR. RNA. Tento komplex je potom rozpoznávaný bakteriálnou endoribonukleázou III a pomocou Csn1 štiepi prekurzorovú RNA na krátke kúsky crRNA. Tieto potom môžu správne rozpoznať a eliminovať cudzie gény.

Bakteriálny mechanizmus je zachovaný

V eukaryotoch sú to enzýmy Dicer a Drosha, ktoré tiež interagujú s endoribonukleázami III a vedú k tvorbe malých interferujúcich molekúl RNA. „Boli sme schopní dokázať, že bakteriálny mechanizmus dozrievania crRNA zahŕňajúci endoribonukleázu III sa počas eukaryotickej evolúcie zachoval, “ vysvetľuje Charpentier. Systém CRISPR / Cas sa teda môže vyskytovať v mnohých variantoch v rôznych organizmoch. Budúci výskum vyvoláva otázku, či sú v imunitnom systéme potrebné ďalšie faktory bakteriálnej hostiteľskej bunky.

Alternatívny prístup na kontrolu patogénov

„Novoobjavená cesta chráni baktérie pred usmrtením fágmi, “ hovorí Charpentier. „Zistili sme, že tento mechanizmus tiež chráni baktérie pred prenosom iných chorobných faktorov vírusmi, napríklad pri rezistencii na antibiotiká. CRISPR by tak mohol poskytnúť alternatívny prístup na kontrolu rezistentných patogénov na klinikách. ““

Alternatívne môže konkrétna propagácia novej signálnej dráhy v užitočných bakteriálnych kmeňoch viesť k tomu, že prospešné organizmy zostanú odolné voči deštruktívnym vírusovým útokom a nezmenia sa. Toto môže byť podľa Charpentiera použité napríklad pri výrobe mliečnych výrobkov, aby sa mikroorganizmy stali stabilnejšími a tým sa zvýšila účinnosť výrobného procesu. (Nature, 2011; doi: 10, 1038 / príroda09886)

(Viedenská univerzita, 01.04.2011 - DLO)