Virus yang resistan terhadap CRISPR membangun tempat perlindungan untuk melindungi genom dari enzim penembus DNA

Layanan penyedia cloud digunakan tidak hanya oleh bisnis, tetapi juga oleh lembaga pemerintah - lembaga, lembaga federal, dan organisasi medis. Itu tentang kedokteran, penyedia cloud perusahaan Cloud4Y dan menawarkan untuk berbicara.

Bakteri dan virus yang menginfeksi mereka berpartisipasi dalam perlombaan senjata mereka sendiri: sama kuno dengan kehidupan itu sendiri. Evolusi telah memberi bakteri seluruh gudang enzim kekebalan, termasuk sistem CRISPR-Cas yang dapat menghancurkan DNA virus. Tetapi virus yang membunuh bakteri (fag) telah mengembangkan alat mereka sendiri yang dengannya Anda dapat mengatasi pertahanan bakteri yang paling hebat sekalipun.

Para ilmuwan dari University of California telah menemukan strategi baru yang luar biasa yang digunakan beberapa fag untuk melindungi terhadap enzim yang menembus DNA mereka. Setelah infeksi bakteri, fag-fag ini membuat tempat penampungan yang tidak bisa ditembus, semacam "ruang keselamatan" dalam tubuh yang melindungi DNA fag yang rentan dari enzim antivirus. Kompartemen ini, sangat mirip dengan inti sel, dapat disebut sebagai pelindung CRISPR paling efektif yang pernah ditemukan pada virus.

Dalam percobaan yang dilakukan di laboratorium Departemen Mikrobiologi dan Imunologi, Universitas California, San Francisco (UCSF), fag ini tidak menyerah pada sistem CRISPR. "Ini adalah pertama kalinya ada orang yang menemukan fag yang menunjukkan tingkat resistensi terhadap CRISPR," kata Joseph Bondi-Denomi, associate professor UCSF. Dia menggambarkan penemuannya dalam sebuah artikel yang diterbitkan pada 9 Desember 2019 di jurnal Nature .

Perburuan DNA yang tidak bisa ditembus CRISPR

Joseph Bondi-Denomi memimpin tim peneliti yang membuka "tempat perlindungan" fag

Untuk menemukan fag tahan CRISPR, para peneliti memilih virus dari lima keluarga fag yang berbeda dan menggunakannya untuk menginfeksi bakteri umum yang direkayasa secara genetika untuk menyebarkan empat enzim Cas yang berbeda, komponen penembus DNA dari sistem CRISPR.


Enzim pembatasan HsdR (merah), protein yang biasanya memotong DNA fage (biru), tidak dapat menembus DNA. Selaput seperti nukleus yang dikumpulkan oleh fag mengelilingi DNA fag, menciptakan penghalang yang membuat genom fag tidak dapat diakses oleh HsdR dan enzim lain yang memasuki DNA.

Bakteri yang ditingkatkan CRISPR ini muncul sebagai pemenang terhadap sebagian besar fag yang mereka temui. Tetapi dua fag raksasa (mereka mendapatkan nama mereka karena genom mereka 5-10 kali lebih besar dari genom fag yang paling banyak dipelajari) ternyata tidak dapat ditembus untuk keempat sistem CRISPR.

Para ilmuwan memutuskan untuk melakukan tes tambahan dari fag raksasa ini untuk menjelajahi batas-batas resistensi mereka terhadap CRISPR. Mereka mengekspos mereka pada bakteri yang dilengkapi dengan tipe CRISPR yang sama sekali berbeda, serta bakteri yang dilengkapi dengan sistem modifikasi pembatasan . Yaitu, enzim pembelah DNA yang lebih umum daripada CRISPR (sistem restriksi ditemukan pada sekitar 90 persen spesies bakteri, sementara CRISPR hanya ada di sekitar 40%)%), tetapi hanya dapat menargetkan sejumlah sekuens DNA yang terbatas.

Hasilnya sama dengan sebelumnya: Cawan petri dipenuhi sisa-sisa bakteri yang terinfeksi fag. Fag ini tahan terhadap enam sistem kekebalan bakteri yang diuji. Tidak ada fag lain yang mampu melakukan ini.

Fag raksasa tampaknya hampir tidak bisa dihancurkan. Tetapi percobaan in vitro menunjukkan sebaliknya - DNA fag raksasa sama rentannya dengan CRISPR dan enzim restriksi seperti halnya DNA lainnya. Perlawanan terhadap CRISPR, yang diamati pada sel yang terinfeksi fag, seharusnya merupakan hasil dari sesuatu yang menghasilkan virus yang mengganggu CRISPR. Tapi apa itu?


Model infeksi Pseudomonas aeruginosa dengan fag φKZ. Ilustrasi: Mendoza et al., 2019.

Anti-CRISPR tampaknya yang harus disalahkan. Protein-protein ini, pertama kali ditemukan oleh Bondi-Denomi pada 2013, adalah inaktivator CRISPR kuat yang dikodekan dalam beberapa genom fag. Tetapi ketika para peneliti menganalisis urutan genom fag raksasa, mereka tidak melihat jejak anti-CRISPR. Selain itu, masing-masing anti-CRISPR diketahui hanya dapat menonaktifkan sistem CRISPR tertentu, sementara fag raksasa tahan terhadap semua enzim antivirus yang disekresikan di dalamnya. Segala sesuatu yang melindungi DNA fag raksasa seharusnya didasarkan pada beberapa mekanisme lain.

Pelindung kedap air dari CRISPR

Para ilmuwan bingung dan membangun model. Seseorang di awan , beberapa di atas kertas. Setelah sejumlah besar percobaan, saya berhasil memahami apa yang terjadi. Ketika fag raksasa menginfeksi bakteri, mereka membuat kompartemen bola di tengah sel inang, yang menghambat enzim antivirus dan menyediakan "perlindungan" untuk replikasi genom virus.

Penemuan serupa dibuat pada 2017 oleh dua ilmuwan lain, Joe Polyano dan David Agard. Para peneliti ini telah menunjukkan bahwa genom fag bereplikasi dalam membran mirip-inti. Namun sejauh ini tidak ada yang tahu bahwa shell juga berfungsi sebagai perisai yang tidak bisa ditembus melawan CRISPR.

Menariknya, kompartementalisasi sangat jarang terjadi pada bakteri. Pada virus, pada prinsipnya tidak seharusnya. Dan bahkan kompartemennya sangat mirip dengan inti eukariotik. Namun, Anda pergi - itu saja, pseudo-core!


Bakteri Pseudomonas chlororaphis terinfeksi dengan fag 201φ2-1: foto (a) dan rekonstruksi (b). Nukleus semu berwarna biru, kapsid yang dikumpulkan dari partikel virus berwarna hijau, ribosom berwarna kuning.

Namun, banyak pertanyaan tentang amplop dan virus yang membuatnya tetap tidak terjawab, termasuk informasi dasar tentang protein dari mana amplop "ruang keamanan" dibuat. Menurut Joseph Bondi-Denomi, ketika mengurutkan fag ini, timnya berhasil menemukan salah satu protein hipotetis. Tetapi dalam beberapa fase yang terkait erat protein seperti itu tidak dapat dideteksi. Selain itu, belum jelas seperti apa struktur protein di tingkat atom.

Tetapi protein amplop bangunan bukan satu-satunya misteri yang harus diselesaikan Bondi-Denomi dan rekan-rekannya. Sambil mengamati bakteri yang terinfeksi fag, mereka berhasil melihat sesuatu yang menarik: selama pembangunan "tempat berlindung" untuk fag (ini membutuhkan waktu sekitar 30 menit), genomnya tetap berada di tempat di mana ia dimasukkan ke dalam sel inang. Selama waktu ini, genom fag tampaknya rentan terhadap enzim antivirus yang mengambang di sekitar sel inang. Tetapi dengan satu atau lain cara, genom tetap tidak berubah saat "kamar" -nya sedang dibangun.

Mungkin semacam membran sementara melindungi DNA virus yang diperkenalkan pada tahap awal. Seperti selubung pelindung yang disetel ulang saat pistol siap untuk bertempur. Hanya saja para ilmuwan belum bisa memahami perlindungan seperti apa.



Tetapi para ilmuwan berhasil menemukan bahwa cangkang tersebut tidak dapat ditembus seperti yang ditunjukkan oleh percobaan pertama. Menggunakan beberapa perkembangan rumit, penulis utama studi ini, Senen Mendoza, seorang mahasiswa pascasarjana di laboratorium Bondi-Denomi, menemukan cara di sekitar perisai berinti dengan melampirkan enzim restriksi ke salah satu protein amplop virus. Strategi kuda Troya ini memungkinkan enzim untuk memasuki tempat perlindungan selama perakitan dan menghancurkan gen fag di dalam zona bebas kekebalan, berkat bakteri yang berhasil bertahan hidup.

Eksperimen ini sangat menarik bagi para peneliti, karena itu menunjukkan bahwa, pada kenyataannya, ada cara untuk menembus kepompong perlindungan genom virus yang “tidak dapat ditembus”. Dan mengingat fakta bahwa bakteri dan fag selalu menemukan cara baru untuk menghancurkan pertahanan satu sama lain, Bondi-Denomi percaya bahwa segera para ilmuwan akan menemukan bahwa bakteri sudah dipersenjatai dengan alat yang diperlukan untuk menerobos atau memotong metode perlindungan ini. Perang akan berlanjut.

Apa lagi yang berguna untuk dibaca di blog Cloud4Y

→ Energi matahari asin
→ Bagaimana bank bangkrut
→ Teori Kepingan Salju Besar
→ Internet dengan balon
→ Pentester di garis depan keamanan dunia maya

Berlangganan saluran Telegram kami agar tidak ketinggalan artikel lain! Kami menulis tidak lebih dari dua kali seminggu dan hanya untuk bisnis.