Группа под руководством доктора Питера Файнрана из отдела микробиологии и иммунологии изучает генетические основы адаптивного иммунитета у бактерий, вызывающих «мягкую гниль» картофеля, и у бактерий E. coli. Благодаря недавнему сотрудничеству они обнаружили, что эти бактериальные иммунные системы намного более устойчивы и отзывчивы, чем считалось ранее.
Их последние открытия, опубликованные в ведущем американском журнале PNAS, имеют значение для улучшения нашего понимания эволюции бактерий, включая распространение генов устойчивости к антибиотикам.Исследователи изучают адаптивную иммунную систему, называемую CRISPR-Cas, которая обнаруживается у половины всех видов бактерий и почти у всех одноклеточных микробов в домене архей.Роль CRISPR-Cas в обеспечении иммунитета была обнаружена только в последнее десятилетие.
Система создает генетическую память о конкретных прошлых заражениях вирусами и плазмидами, которые представляют собой небольшие мобильные молекулы ДНК, которые могут перемещаться между организмами.Доктор Файнран говорит, что система крадет образцы генетического материала захватчика и сохраняет их в банке памяти, чтобы сразу же распознать будущие воздействия и нейтрализовать атаку.
Он может хранить до 600 образцов, а также может передавать эти воспоминания последующим поколениям бактерий.
Считалось, что у системы есть ахиллесова пята, потому что захватчиков, которые приобрели слишком много мутаций, больше нельзя было распознать, поскольку они недостаточно точно соответствовали сохраненному образцу.«Сейчас мы обнаружили, что, хотя вирусы и плазмиды могут уклоняться от прямого распознавания, приобретая множественные мутации, система настроена на быстрое создание нового иммунитета путем захвата нового образца мутировавшего генетического материала».
«Это удивительно гибкая и надежная иммунная система для таких простых одноклеточных организмов».Доктор Файнран говорит, что система отражает древнюю и продолжающуюся коэволюционную гонку вооружений между бактериями, с одной стороны, и вирусами и плазмидами, с другой.
«Вирусные инфекции бактерий также оказывают мощное, но невидимое воздействие на всю планету», — говорит доктор Файнеран.«Их тихая, но обширная и продолжающаяся война лежит в основе всего, от того, как работают глобальные циклы питательных веществ, в которых бактерии производят половину биомассы Земли, до того, как развиваются человеческие патогены», — говорит он.«Например, бактерии, вызывающие холеру и дифтерию, были инфицированы вирусами, которые содержат гены, кодирующие токсины, которые превратили эти бактерии в важные патогены для человека».Плазмиды также играют ключевую роль в перемещении генов устойчивости к антибиотикам между разными видами бактерий.
«Таким образом, получение дополнительных сведений о том, как именно бактериальная иммунная система борется с переносом и приобретением плазмид, представляет значительный интерес», — говорит он.