Основная функция систем CRISPR-Cas заключается в защите бактерий от различных угроз, в том числе от бактериофагов.
Исследователи продолжают изучать все разновидности систем CRISPR-Cas (на сегодняшний день выделено два класса, семь типов и 46 подтипов), чтобы понять их возможности. В новой статье, подготовленной лабораторией Янь Чжан из Медицинской школы Мичиганского университета, и опубликованной в журнале Nature, раскрыта ранее недооценённая особенность системы CRISPR-Cas I типа у бактерий рода Neisseria: наличие дополнительных встроенных генов врождённого иммунитета.
Группа обнаружила, что CRISPR I типа выполняет дополнительную функцию «менеджера», регулируя экспрессию этих встроенных систем защиты. «Наш основной вывод заключается в том, что бактериальные системы защиты от фагов могут быть организованы в многоуровневую регуляторную иерархию», — рассказала Чжан. «В нашем случае CRISPR-Cas выступает в роли главнокомандующего, который регулирует подавление и снятие подавления других генов врождённой системы защиты, спрятанных внутри локуса CRISPR-Cas. В обычных условиях экспрессия этих генов защиты должна сдерживаться, поскольку их активация сопряжена с издержками, тормозящими рост бактерий. Такое подавление достигается за счет того, что комплекс CRISPR-Cas связывается с промоторными последовательностями генов защиты, действуя как барьер и препятствуя их транскрипции. CRISPR — это первая линия обороны при фаговых инфекциях, но когда CRISPR неисправен или каким-то образом обезврежен, репрессия снимается, что приводит к всплеску продукции врождённых систем защиты, выступающих в качестве резервного оружия для уничтожения фагов», — объяснила Чжан.
У фагов, конечно, есть свои уловки, позволяющие обойти защиту CRISPR, в том числе использование пептидного ингибитора, предназначенного для вывода из строя механизма Cas. Однако, по словам Чжан, перед лицом этой многоуровневой иерархии защиты одного ингибитора Cas уже недостаточно, чтобы спасти фаг, поскольку происходит высвобождение резервных механизмов защиты, способных уничтожить фаги. Это новое понимание бактериального антифагового иммунитета можно использовать несколькими способами. Во-первых, для отраслей, использующих бактерии, таких как производители йогуртов, ферментированных продуктов или биотоплива, эти знания могут помочь создать более фагоустойчивые штаммы бактерий. Во-вторых, это может способствовать развитию фаговой терапии. Чтобы разработать более эффективные фаговые терапии, способные уничтожать антибиотикорезистентные бактериальные патогены, необходимо понять, какие скрытые системы защиты могут существовать, чтобы можно было модифицировать фаги таким образом, чтобы те смогли перехитрить эти системы.
