Ученые из России под руководством профессора Сколтеха Константина Северинова открыли новые особенности работы CRISPR-Cas систем. Результаты исследования позволяют по-новому взглянуть на принятую ранее модель функционирования CRISPR-Cas систем.

photo credit: NAID

photo credit: NAID

«CRISPR» — это аббревиатура от Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (кластеризованные регулярные промежуточные короткие палиндромные повторы). Они являются ключевым компонентом системы, которую бактерии используют для защиты от вирусов. Cas — группа ферментов, продуцируемых системой CRISPR-Cas. CRISPR-Cas это система адаптивного иммунитета у бактерий. Она позволяет бактериям вырабатывать устойчивость к вирусам и передавать ее своим потомкам.

CRISPR- Cas система, в ходе процесса, называемого адаптацией, встраивает фрагменты чужеродной ДНК в геном бактерии, что позволяет при повторной встрече быстро распознавать эту ДНК с помощью молекул CRISPR РНК (crРНК) и разрушать ее при участии специальных белков. Процесс уничтожения такой чужеродой ДНК называется интерференцией. Однако, вирусы и бактерии участвуют в непрекращающейся гонке вооружений — вирусы стараются не быть опознанными и накапливают мутации в геноме, а бактерии стремятся тем не менее распознать и уничтожить измененные вирусы. Процесс праймированной адаптации позволяет бактериям успешно противостоять мутантным бактериофагам. В том случае, если чужеродная ДНК не полностью соответствует, тому, что хранится в геноме бактерий, ее фрагменты активно встраиваются в геном, чтобы обеспечить бактерий полной защитой на будущее. Ранее считалось, что при полном соответствии crРНК мишени (чужеродной ДНК) праймированная адаптация не происходит (или почти не происходит) из-за того, что структурные особенности белков, осуществляющих встраивание в геном не позволяют им встраивать фрагменты, которые полностью соответствуют тому, что уже есть в геноме.

Ученые из лаборатории Константина Северинова показали, что это не так.

В новом исследовании демонстрируется, что полное соответствие сrРНК мишени также способно запускать праймированную адаптацию и даже может это делать в 10 раз эффективнее, если смоделировать подходящие условия. На практике этого не происходит лишь потому, что мишени с полным соответствием уничтожаются быстрее, чем клетка успевает встроить их в свой геном.

Понимание всех тонкостей работы СRISPR-Cas систем крайне важно как с теоретической, так и с практической точки зрения потому, что CRISPR –Cas активно используется в биотехнологии в качестве мощного инструмента для редактирования генома.

Результаты работы опубликованы в престижном журнале PNAS.