تقوم الفيروسات المقاومة لـ CRISPR ببناء ملاجئ لحماية الجينومات من الإنزيمات التي تخترق الحمض النووي

لا يتم استخدام خدمات الموفر السحابي فقط من خلال الأعمال التجارية ، ولكن أيضًا من قِبل الوكالات الحكومية - المعاهد والوكالات الفيدرالية والمؤسسات الطبية. هذا عن الطب ، المزود السحابي للشركات Cloud4Y وعروض للحديث.

تشارك البكتيريا والفيروسات التي تصيبهم في سباق التسلح الخاص بهم: قديم قدم الحياة نفسها. لقد أعطى التطور البكتيريا ترسانة كاملة من الإنزيمات المناعية ، بما في ذلك أنظمة كريسبر-كاس التي يمكنها تدمير الحمض النووي الفيروسي. لكن الفيروسات التي تقتل البكتيريا (phages) طورت أدواتها الخاصة التي يمكنك من خلالها التغلب على الدفاعات البكتيرية الأكثر روعة.

اكتشف علماء من جامعة كاليفورنيا إستراتيجية جديدة رائعة تستخدمها بعض البكتيريا للحماية من الإنزيمات التي تخترق الحمض النووي. بعد إصابة البكتيريا ، تخلق هذه الأكواخ مأوى لا يمكن اختراقه ، وهو نوع من "غرفة الأمان" في الجسم التي تحمي الحمض النووي الضعيف الضعيف من الإنزيمات المضادة للفيروسات. هذه الحجرة ، التي تشبه إلى حد بعيد نواة الخلية ، يمكن تسميتها كدرع كريسبر الأكثر فاعلية الموجود على الإطلاق في الفيروسات.

في التجارب التي أجريت في مختبر قسم علم الأحياء الدقيقة والمناعة ، جامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو (UCSF) ، لم تستسلم هذه الآفات لأي من أنظمة كريسبر. وقال جوزيف بوندي-دينومي ، أستاذ مشارك في جامعة كاليفورنيا سان فرانسيسكو: "كانت هذه هي المرة الأولى التي يكتشف فيها أي شخص فجوات تظهر مثل هذا المستوى من المقاومة لكريسبر". ووصف اكتشافه في مقال نُشر في 9 ديسمبر 2019 في مجلة Nature .

مطاردة الحمض النووي التي لا يستطيع كريسبر اختراقها

قاد جوزيف بوندي-دينومي فريق البحث الذي فتح "ملجأ" الفاج

للعثور على فجوات مقاومة لـ CRISPR ، اختار الباحثون فيروسات من خمس عائلات مختلفة من العدوى واستخدموها في إصابة البكتيريا الشائعة التي تم تصميمها وراثياً لنشر أربعة إنزيمات Cas مختلفة ، المكون الذي يخترق الدنا في أنظمة CRISPR.


إن إنزيم تقييد HsdR (أحمر) ، وهو بروتين يقوم عادةً بقطع الحمض النووي (الأزرق) ، لا يستطيع اختراق الدنا. يحيط الغشاء الذي يشبه النواة والذي تم جمعه عن طريق البلعوم بالحمض النووي للعاثية ، مما يخلق حاجزًا يجعل من الصعب الوصول إلى جينوم البكتيريا لـ HsdR والأنزيمات الأخرى التي تدخل الحمض النووي.

ظهرت هذه البكتيريا المعززة في كريسبر منتصرة ضد معظم الآفات التي واجهتها. لكن الفاجين العملاقين (حصلا على اسمه لأن جينوماتهما كانت أكبر من 5 إلى 10 مرات من جينومات الفاجات الأكثر دراسة) تبين أنهما لا يمكن اختراقهما بالنسبة لجميع أنظمة كريسبر الأربعة.

قرر العلماء إجراء اختبارات إضافية على هذه الآيات العملاقة لاستكشاف حدود مقاومتهم لكريسبر. قاموا بتعريضهم للبكتيريا المجهزة بنوع مختلف تمامًا من كريسبر ، وكذلك البكتيريا المجهزة بأنظمة تعديل التقييد . أي أنزيم تقطيع الحمض النووي أكثر شيوعًا من كريسبر (توجد أنظمة تقييد في حوالي 90 في المئة من الأنواع البكتيرية ، بينما يوجد كريسبر في حوالي 40 ٪ فقط) ، ولكن لا يمكن أن يستهدف سوى عدد محدود من تسلسل الحمض النووي.

كانت النتائج كما كانت من قبل: كانت أطباق بتري متناثرة مع بقايا مدمرة من البكتيريا المصابة بالعدوى. كانت هذه البكتيريا مقاومة لجميع أنظمة المناعة البكتيرية الستة التي تم اختبارها. لم يكن هناك فج آخر قادر على ذلك.

يبدو أن الفاجات العملاقة غير قابلة للتلف تقريبا. ولكن في التجارب المختبرية أظهرت أن الحمض النووي (phage) العكسي العملاق كان معرضًا تمامًا للـ (CRISPR) وأنزيمات التقييد مثل أي DNA آخر. كان من المفترض أن تكون مقاومة كريسبر ، التي لوحظت في الخلايا المصابة بالعدوى ، نتيجة لشيء أنتج فيروسات تتداخل مع كريسبر. ولكن ماذا يمكن أن يكون؟


نموذج لعدوى الزائفة الزنجارية مع فجوة φKZ. التوضيح: ميندوزا وآخرون ، 2019.

يبدو أن معاداة كريسبر هم المسؤولون. هذه البروتينات ، التي اكتشفها بوندي دينومي لأول مرة في عام 2013 ، كانت عبارة عن مُثبطات قوية لـ "كريسبر" مشفرة في بعض الجينات الوراثية. ولكن عندما قام الباحثون بتحليل تسلسلات الجينوم للعاثية العملاقة ، لم يروا أثرًا مضادًا لكريسبر. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لكل مضاد لـ CRISPR معروف تعطيل بعض أنظمة CRISPR فقط ، في حين كانت فجوات عملاقة مقاومة لجميع الإنزيمات المضادة للفيروسات المخبأة فيها. كان ينبغي أن يستند كل شيء يحمي الحمض النووي للعاثية العملاقة إلى آلية أخرى.

درع منيع من كريسبر

كان العلماء في حيرة وبنيت النماذج. شخص ما في السحابة ، بعضها على الورق. بعد عدد كبير من التجارب ، تمكنت من فهم ما كان يحدث. عندما تصيب البكتيريا العملاقة البكتيريا ، فإنها تخلق مقصورة كروية في منتصف الخلية المضيفة ، والتي تمنع الإنزيمات المضادة للفيروسات وتوفر "ملجأ" لتكرار الجينوم الفيروسي.

تم اكتشاف مماثل في عام 2017 من قبل اثنين من العلماء الآخرين ، جو Polyano وديفيد أغارد. لقد أثبت هؤلاء الباحثون أن جينوم فج يتكاثر في الغشاء الذي يشبه النواة. لكن حتى الآن لم يكن أحد يعلم أن الصدفة تعمل كدرع لا يمكن اختراقه ضد كريسبر.

ومن المثير للاهتمام ، التقسيم نادرة للغاية في البكتيريا. في الفيروسات ، ليس من المفترض من حيث المبدأ. والأكثر من ذلك أن المقصورة كانت مشابهة للنواة حقيقية النواة. ومع ذلك ، تذهب - هذا كل شيء ، جوهر الزائفة!


بكتيريا Pseudomonas chlororaphis المصابة بالعاثية 201φ2-1: الصورة (أ) وإعادة الإعمار (ب). النواة الزائفة زرقاء ، والقفيصة المجمعة من الجزيئات الفيروسية خضراء ، والريبوزومات صفراء.

ومع ذلك ، تبقى العديد من الأسئلة حول الظرف والفيروسات التي تنشئه دون إجابة ، بما في ذلك المعلومات الأساسية حول البروتين الذي يتم منه صنع غلاف "غرفة الأمان". وفقًا لجوزيف بوندي-دينومي ، عند تسلسل هذه الأكوام ، تمكن فريقه من العثور على أحد البروتينات الافتراضية. ولكن في بعض الخلايا ذات الصلة الوثيقة لا يمكن اكتشاف مثل هذا البروتين. علاوة على ذلك ، لم يتضح بعد شكل بنية البروتين على المستوى الذري.

لكن بروتين مظروف البناء ليس اللغز الوحيد الذي يتعين على بوندي-دينومي وزملائه حله. أثناء مراقبة البكتيريا المصابة بالعدوى ، تمكنت من ملاحظة شيء آخر مثير للاهتمام: أثناء بناء "المأوى" للعاث (يستغرق هذا حوالي 30 دقيقة) ، يبقى الجينوم في المكان الذي تم فيه إدخاله في الخلية المضيفة. خلال هذا الوقت ، يبدو أن جينوم البكتيريا عرضة لأي أنزيمات مضادة للفيروسات تطفو حول الخلية المضيفة. لكن بطريقة أو بأخرى ، فإن الجينوم لم يتغير أثناء بناء "غرفته".

ربما يحمي نوع من الغشاء المؤقت الحمض النووي الذي تم إدخاله من الفيروس في مرحلة مبكرة. مثل غلاف واقي يتم إعادة ضبطه عندما تكون البندقية جاهزة للمعركة. هذا فقط العلماء لم يتمكنوا بعد من فهم نوع الحماية.



لكن العلماء تمكنوا من معرفة أن القذيفة ليست قابلة للاختراق كما أظهرت التجارب الأولى. باستخدام بعض التطورات الصعبة ، وجد المؤلف الرئيسي للدراسة ، Senen Mendoza ، وهو طالب دراسات عليا في مختبر Bondi-Denomi ، طريقة للالتفاف حول الدرع النووي عن طريق ربط إنزيم مقيد بأحد بروتينات الظرف الفيروسي. سمحت إستراتيجية حصان طروادة للإنزيم بدخول الملجأ أثناء تجميعه وتدمير جينوم الملتهمة داخل المنطقة الخالية من المناعة ، والتي تمكنت البكتيريا من البقاء على قيد الحياة.

هذه التجربة مثيرة للاهتمام بشكل خاص للباحثين ، لأنها تُظهر أنه في الواقع ، توجد طرق لاختراق شرنقة "غير منفذة" لحماية جينوم الفيروس. وبالنظر إلى حقيقة أن البكتيريا والعاثيات تجد دائمًا طرقًا جديدة للقضاء على دفاعات بعضها البعض ، يعتقد Bondi-Denomi أنه قريبًا سيجد العلماء أن البكتيريا مسلحة بالفعل بالأدوات اللازمة لاختراق طريقة الحماية هذه أو تجاوزها. ستستمر الحرب.

ما هو مفيد آخر للقراءة في مدونة Cloud4Y

→ الطاقة الشمسية المالحة
→ كيف كسر البنك
→ نظرية ندفة الثلج العظيمة
→ الإنترنت عن طريق البالونات
→ العاهرات في طليعة الأمن السيبراني

اشترك في قناة Telegram الخاصة بنا حتى لا يفوتك مقال آخر! نكتب أكثر من مرتين في الأسبوع وفقط في الأعمال.