Międzynarodowy zespół z udziałem naukowców z Niemiec, Austrii, Francji, Stanów Zjednoczonych i Polski odkrył nieznany wcześniej bakteryjny mechanizm obronny oparty na CRISPR. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Nature”.
CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) to technologia edycji genów, której działanie przypomina molekularne nożyczki. Pozwala bowiem wycinać, dodawać lub modyfikować fragmenty DNA w genomie żywych organizmów. Jest wykorzystywana w biotechnologii do celowego modyfikowania genomu w konkretnych jego miejscach. Następuje to poprzez połączenie systemu CRISPR, potrafiącego wybiórczo wiązać się z ustaloną sekwencją DNA, z endonukleazą Cas9, dokonującą enzymatycznego przecięcia nici DNA w pobliżu tej sekwencji – stąd określenie CRISPR-Cas. Metoda ta pozwala na samo przecięcie nici DNA, jednak po połączeniu jej z mechanizmami naprawy DNA możliwe jest wycięcie określonego segmentu DNA i następnie „wklejenie” w to samo miejsce dostarczonej z zewnątrz sekwencji genetycznej.
Międzynarodowy zespół naukowców pod kierownictwem Chase’a L. Beisela i Dirka W. Heinza z Helmholtz Centre for Infection Research (Niemcy) oraz Ryana N. Jacksona z Utah State University (USA), we współpracy z badaczami z Niemiec, Austrii, Francji, Stanów Zjednoczonych i Polski, odkrył nieznany wcześniej bakteryjny mechanizm obronny oparty na CRISPR. Naukowcy wykazali, że enzymy nowo zidentyfikowanego podtypu CRISPR-Cas, a mianowicie Cas12a3, potrafią rozpoznawać wirusowe RNA i reagować na infekcję poprzez precyzyjne cięcie końców własnych cząsteczek tRNA. Proces ten prowadzi do zatrzymania translacji białek w zainfekowanej komórce, co skutecznie blokuje replikację wirusa i chroni w ten sposób otaczającą populację komórek przed nowymi falami infekcji.
Odkrycie to ujawnia nieznaną dotąd, konserwatywną ewolucyjnie strategię obronną, w której cząsteczki tRNA (ang. transfer RNA, transportujący RNA) stają się centralnym elementem odpowiedzi immunologicznej – podkreślają naukowcy.
W badaniach uczestniczył zespół z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego. Wysokooczyszczone próbki tRNA do analiz strukturalnych i funkcjonalnych przygotował dr Andrzej Chramiec-Głąbik, zaś dr Jakub Nowak przeprowadził biofizyczne pomiary oddziaływań kompleksów białko–RNA z wykorzystaniem specjalistycznej aparatury dostępnej w Centrum Charakterystyki Makrocząsteczek.
Nasze wyniki pokazują, że Cas12a3 podlega rearanżacjom strukturalnym, które umożliwiają wiązanie tRNA z niezwykle wysokim powinowactwem, pozwalając enzymowi odróżniać cząsteczki tRNA od innych form RNA – wskazuje dr Nowak.
Szef polskiego zespołu, dr hab. Sebastian Glatt, dodaje, że szczegółowe zrozumienie naturalnie występujących mechanizmów CRISPR otwiera nowe perspektywy dla biotechnologii – od projektowania narzędzi diagnostycznych po kontrolowanie syntezy białek w wybranych komórkach eukariotycznych. Odkrycie to poszerza także obecną wiedzę na temat systemów CRISPR, pokazując, że poza rozpoznawaniem i cięciem wirusowego materiału genetycznego systemy te mogą również oddziaływać z maszynerią translacyjną gospodarza, wykorzystując tRNA jako molekularną „piętę achillesową” regulacji tego procesu.
Wyniki badań międzynarodowego zespołu ukazały się na łamach czasopisma „Nature”.
MK, źródło: MCB UJ