Бактериофаг способен поражать иммунную систему бактерий, используя «украденные» CRISPR-цепочки

    Иммунная система человека невероятно сложна и поразительно эффективна. В режиме реального времени она отражает массу внешних угроз, знакомых и новых, учась при этом оперативно распознавать незнакомые доселе опасности. Каскад сложных биохимических реакций позволяет нам все время совершенствовать приобретенный иммунитет, вырабатывая специализированные антитела, моментально реагирующие на уже знакомую опасность прежде чем инфекция распространится на весь организм. Но, как показали исследования, проведенных за последние несколько лет профессором Эндрю Камилли, а совсем недавно, известным вирусологом Кертисом Саттлом, вирусы научились бороться с нами нашим же оружием. О том, какие механизмы они используют для этой цели мы расскажем в сегодняшней публикации.

    image

    Выполнять роль рядовых бойцов на передней линии фронта в борьбе с внешними угрозами приходится бактериям, время от времени атакуемым вирусами-бактериофагами. Для победы над врагом бактерии в процессе эволюции тоже выработали свои иммунные механизмы — доспехи, способные защитить их от смертоносных инфекций. Один из таких механизмов — CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), система, позволяющая бактерии сохранять в своей «базе данных» фрагменты генома бактериофагов, с которыми ей уже приходилось встречаться в прошлом, с тем, чтобы быстрее обнаружить и остановить вторжение в будущем. С 2012 года система CRISPR также была рекомендована учеными, как революционная технология редактирования генома.

    В мире, где бесчисленные крошечные микробы способны заразить и убить, такая защита становится нашим самым эффективным средством сопротивления. Системой CRISPR, как считается, располагает примерно половина известных научному сообществу бактерий. Изучением ее защитных механизмов занимается команда специалистов из лаборатории профессора молекулярной биологии и микробиологии Эндрю Камилли (Andrew Camilli).

    «Я постоянно поражаюсь, как бактерии способны пережить подобный натиск», — говорит Эндрю Камилли. "… Фаги очень коварны". Профессор связывает способность выживания некоторых бактерий с типом иммунной системы «CRISPR/Cas». Но, как выяснилось в ходе проведенных исследований, такого рода системой адаптируемого иммунного ответа располагают не только клетки бактерий. В ходе исследований ученые пришли к выводу: бактериофаги сумели отыскать противоядие на этом уровне защиты и создать «противоиммунную» систему, чего, с учетом внешней простоты организации и строения этих микроорганизмов вряд ли кто-то мог ожидать. И, тем не менее, эти простые на первый взгляд структуры в составе небольшого комплекта генов, заключенных в белковую оболочку, способны мимикрировать с невероятной быстротой, проявляя чудеса изменчивости.

    Создание такой противоиммунной системы, по мнению ученых, стало результатом случайной рекомбинации генов бактериофага и бактерии на каком-то витке эволюции. Подобное в микромире отнюдь не редкость: мириады бактерий то и дело заражаются мириадами вирусов, и иногда случайные фрагменты бактериальной ДНК оказываются встроены в геном фага, так и оставаясь в нем дополнительным грузом. Так в теории могло произойти и с фагом ICP1, который, как обнаружил Камилли с коллегами, сумел «позаимствовать» весь комплект рабочих генов системы CRISPR бактерии.

    Вирус был выявлен учеными при анализе проб, полученных в районах эпидемий холеры за период в 10 лет. Авторы провели скрининг бактериофагов, способных поражать холерные вибрионы, и обнаружили, что в разных случаях набор этих вирусов может кардинально отличаться. И только лишь единственный ICP1 обнаружился во всех пробах. Пытаясь найти объяснение этой феноменальной стойкости
    бактериофага, ученые секвенировали его геном и обнаружили полный набор генов системы CRISPR. Таким образом, располагая в своей «библиотеке» генами ДНК самой бактерии, ICP1 вносят в работу ее защитных систем полный хаос, лишая возможности эффективно противостоять инфекции.

    image

    Камилли признает, что "… Обнаруженный фаг, называемый ICP1, способен «украсть» весь набор рабочих CRISPR/Cas генов адаптивной иммунной системы бактерии, и нет ни одного примера любого другого возбудителя — будь то паразит, бактерия или вирус, которые смогли бы повторить нечто подобное. Это самое удивительное открытие из всех, которые нам удалось сделать".

    image
    Вирусы — не более, чем белковые оболочки, обернутые вокруг ДНК, и, все же, их возможности продолжают удивлять нас, заставляя думать, что они не так просты, как представляются на первый взгляд.

    Простейшие вирусы, как утверждают некоторые исследователи, даже не живы. На базовом уровне, это просто белковые оболочки, обернутые вокруг ДНК. И, тем не менее, они способны развиваться и меняться, а с учетом результатов исследований это может означать, что они гораздо более приспособлены к борьбе с иммунитетом человека, чем думали ученые.

    Рабочая система CRISPR/Cas, найденная в бактериофаге, может помочь вирусной атаке и сломать защитный барьер бактерии. Если это действительно так, то исследования команды Камилли может иметь огромное значение для медицины. Как только ученые поймут, как именно фаг использует CRISPR/Cas, заражая и убивая бактерии, можно будет использовать полученные знания, чтобы синтезировать фаги, которые смогут противодействовать заболеваниям, таким как холера значительно более эффективно, чем существующие антибиотики.

    image

    Резистентные бактерии, стойкие к большинству современных антибиотиков уже обнаруживаются по всему миру. С ограниченными возможностями современных лекарственных препаратов, лечение все чаще оказывается неэффективным. Бактериофаги способны предложить альтернативную схему лечения. В сравнении с разработкой новых антибиотиков занимающих годы и стоящих многие миллионы долларов, синтез нового фага оказывается несоизмеримо более прост. «Вы можете выделить фаги, которые окажутся способны убить конкретный вид бактерий всего за одну неделю», — резюмирует профессор Камилли. Отчет о результатах работы группы Камилли был опубликован сразу в нескольких авторитетных изданиях, включая Nature (23.02.2013 года).

    Последние исследования в этом направлении

    Исследования профессора Камилли, ставшие достоянием научного сообщества в 2013 году совсем недавно нашли еще одно подтверждение, но несколько под другим углом в работе группы ученых-микробиологов из университета Британской Колумбии (University of British Columbia), Канада под руководством известного вирусолога Кертиса Саттла (Curtis Suttle).

    Они обнаружили, что вирус типа Cyanophage N1 способен передавать CRISPR среди родственных цианобактерий и, таким образом, обеспечивать устойчивость к инфекциям с конкурирующими фагами. «Такое поведение цианофага будет уместно сравнить с действиями хакера, атакующего компьютерную систему и немедленно исправляющего последствия своих действий для того, чтобы быть уверенным, что другие хакеры уже не используют обнаруженную им лозейку» — прокомментировал Саттл.

    «Бактерии и вирусы имеют общую эволюционную историю, уходящую назад на миллиарды лет» — продолжает Саттл, — «И в какой-то момент этой истории, вирус N1 позаимствовал несколько защитных CRISPR-последовательностей у цианобактерий вида Nostoc, Anabaena и их ближайших соплеменников. А теперь он использует украденные вещи для того, чтобы успешно атаковать и, в то же время охранять их от конкурирующих вирусов, обеспечивая выживание экологически важных цианобактерий».

    Здесь стоит добавить, что бактерии Nostoc и Anabaena, поражающиеся цианофагом N1, относятся к виду цианобактерий, обитающих на земном шаре почти повсеместно. Их предки некогда выработали большую часть кислорода, находящегося в атмосфере Земли, а бактерии Nostoc и их ближайшие «родственники» остаются источником весьма и весьма значительной части жизненно важного для нас кислорода и сегодня.

    Подробнее с результатами исследований группы Саттла вы можете познакомиться на страницах журнала mBio Американского общества микробиологии 14.06.2016 года.



    На этом всё, с вами был Dronk.Ru. Не забывайте возвращать деньги за покупки в Китае и подписываться на наш блог, будет ещё много интересного.

    image

    Рекомендуем:
    Экономим до 8% с каждой покупки на AliExpress и других интернет-магазинах Китая
    Почему интернет-магазины отдают деньги за покупки?
    Верните свои деньги — Выбираем кэшбэк-сервис для Aliexpress
    История развития Dronk.ru — от выбора квадрокоптеров до возвращения денег за покупки на AliExpress и не только
    Лучший кэшбэк сервис или 5 основных критериев оценки кэшбэк-сервиса
    Dronk.Ru
    Dronk.ru — кэшбэк-портал для экономии на покупках
    Реклама
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее

    Комментарии 12

      0
      Я, если честно, не очень понял, как вы так ловко перепрыгнули с иммунитета человека на иммунитет бактерий и вот эту фразу:

      >>вирусы научились бороться с нами нашим же оружием.

      Я вроде утром был человеком, а не микроорганизмом )

      Кроме того, во второй статье говорится не о подавлении CRISPR/Cas системы атакуемой фагом бактерии, а о переносе конкретным типом фага CRISPR/Cas системы среди популяции цианобактерий для (!) увеличения устойчивости этих бактерий к фагам-конкурентам.
        +3
        Вероятно, авторы относят себя к прокариотам. Мы должны уважать их решение. Но, честно говоря, я впервые сталкиваюсь со столь радикальной сменой идентичности.
        0
        Интересно, как много фармацевтических компаний сейчас занимается разработкой новых антибиотиков?
        Новости о новых исследованиях достаточно редко встречаются, и новых антибиотиков не появляется уже давно.
          0
          Беглый поиск по Википедии говорит о разработке минимум 6 новых антибиотиков (многие уже во 2 или 3 фазе клин. испытаний), один из которых относится к новому классу.
          А вообще, достаточно многие; вдобавок, кроме антибиотиков, некоторые компании заинтересовались терапией бактериофагами и начали вкладывать финансы в такие исследования.
          0
          То есть, если я правильно понял, обнаружен вирус, гарантированно поражающий любой биологический организм за счет подстройки под его иммунную систему? Этакое универсальное био-оружие судного дня? Выжечь все в этом Конго исцеляющим атомным пламенем, судя по статье, уже поздно, зараза уже в лабораториях университета и кто знает где еще. Пора строить бункеры? Что по этому поводу скажет Meklon?
            +1
            Я не Meklon, но скажу;
            Вы поняли не совсем верно, это не просто «абстрактный вирус-убийца» — это бактериофаг и атакует он бактерии, а не макроорганизмы;
            У бактерий есть система защиты от таких вирусов — CRISPR/Cas-система. А новость о том, что были обнаружены фаги, имеющие в своей ДНК такую же CRISPR/Cas-систему (заимствованную у бактерий), нацеленную либо на ингибирование работы CRISPR/Cas бактерии, либо на встраивание CRISPR/Cas-генов в геном бактерий для увеличения собственной конкуретноспособности.

            Почитайте про бактериофаги (и, наверное, в принципе про вирусы) и CRISPR/Cas — думаю, многое станет яснее )
              0
              Первый абзац до ката: "… как показали исследования, проведенных за последние несколько лет профессором Эндрю Камилли, а совсем недавно, известным вирусологом Кертисом Саттлом, вирусы научились бороться с нами нашим же оружием...".
              [Режим паранойи вкл.]
              Пусть это пока желтизна, но кто знает куда приведут исследования? Не стоит исключать вероятность, что при разработке «супер-гипер-бактериофага-против-всех-болезней» на выходе получим супер-вирус из страшилок про зомби-апокалипсис, во вчерашней теме как раз про активацию некоторых генов после смерти писали.
              [Режим паранойи выкл.]
              Почитать-то я могу, но для меня вся эта терминология как китайская грамота, Meklon же может объяснить это научно-популярно, как, например, про бактериофаги некоторое время тому назад
                +2
                >>вирусы научились бороться с нами нашим же оружием…

                А вот этому посвящён мой первый комментарий… Про «бороться с нами нашим оружием» — это что-то, выдуманное автором статьи, ибо у человека нет CRISPR и бактериофаги на него не нападают. Это даже не желтизна, это бред какой-то.

                >>«супер-гипер-бактериофага-против-всех-болезней» на выходе получим супер-вирус из страшилок про зомби-апокалипсис

                Это один из минусов фагов (в случае сценария зомби-апокалипсиса — плюс) — они очень избирательны в отношении жертв )
                Хотя, конечно, гипотетически, нельзя исключать вероятности получения «Супер-вируса-убийцы», но пока что вот живём, хотя и НПО Вектор работают, и многие другие…

                >>но для меня вся эта терминология как китайская грамота

                Ну-с, попробую объяснить относительно простым языком. Всё нижеизложенное — упрощённо и с сокращением некоторых моментов, а то многабукаф выйдет.

                Давайте будем сравнивать с компьютерной тематикой — вирусы в биологии и IT ведут себя похоже.
                Есть такие вирусы — бактериофаги. Они атакуют, соответственно, бактерий и архей.

                Представим вместо бактерии компьютер — вирус (фаг) встраивает в какую-нибудь программу свой вредоносный код и начинает его, т.е., себя активно размножать и распространять во всякие там интернеты (окружающую среду).
                Но на нашем компьютере есть антивирус! С кодовым названием CRISPR/Cas. Он распознаёт вирус и удаляет его с компьютера, чтобы не мешался.

                Суть статьи 1 публикации: открыты вирусы, у которых есть анти-антивирус! Причём написан он в той же кодировке и на том же языке, что антивирус компьютерный. Он блокируется и не может вирус удалить, последний радостно продолжает размножаться и рассылаться.

                Суть 2 публикации: открыты вирусы, которые, встраивая в себя часть кода антивируса, переносят его на другие компьютеры и блокируют этим другие вирусы — чтобы единолично (эгоисты) портить файлы, подсовывать баннеры и шпионить за компьютером.
              +1
              В статье речь о бактериофагах. Они заточены только под прокариотов. Людей заразить не смогут никак. Абстрактная возможность супер-вируса всегда есть. Хватит абстрактного скрытного воздушно-капельного ВИЧ. А потом внезапно уже 80% заражены и обречены. Как вид выживем, мутации у нас тоже положительные есть, но как цивилизация погибнем.
              0
              Мы все ближе к биопрограммированию: синтезу микроорганизмов с заранее заданными свойствами для медицины и иных целей. Жаль, что использование таких изобретений в России запрещено (ГМО).
                +1
                Нет, микроорганизмы можно использовать. Запрещены растения и животные.
                0
                Парни, Бактериофаги давным давно известное явление и в советское время они выпускались серийно в Перми, Уфе есть выдающиеся результаты их применения особенно младенцев в роддомах, во время войны ими лечили разную заразу. Я в начале 90х возил в Питер коробки с флакончиками против стафилокока и продавал в подземном переходе по звонку. Лечение намного мягче не убивает микрофлору кишечника но надо фаги привязывать какбы к местности те ростить и на местной флоре и фауне. Лечение избирательное поэтому элитное. Но это полнаяя альтернатива антибиотикам

                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                Самое читаемое