Oamenii de știință au descoperit 10 noi sisteme de apărare folosite de bacterii

Cu mult înainte de a câștiga faima ca instrument precis de editare a genelor, CRISPR a avut o altă slujbă în apărarea bacteriilor împotriva invadatorilor virali. Și e departe de a fi singur. Zece seturi de gene bacteriene au roluri de apărare similare, recent descoperite, au raportat cercetătorii online pe 25 ianuarie în Ştiinţă.

Descoperirea „probabil mai mult decât dublează numărul de sisteme imunitare cunoscute în bacterii”, spune Joseph Bondy-Denomy, microbiolog la Universitatea din California, San Francisco, care nu a fost implicat în studiu.

Bacteriile sunt vulnerabile la virușii mortali numiți fagi, care pot deturna mecanismele genetice ale bacteriilor și le pot forța să producă ADN viral. Unele bacterii se protejează împotriva atacurilor fagilor cu un sistem numit CRISPR, care stochează bucăți din ADN-ul invadatorilor din trecut, astfel încât bacteriile să poată recunoaște și să respingă acești fagi în viitor (SN: 15/04/17, str. 22). Dar doar aproximativ 40% dintre bacterii au CRISPR, spune coautorul studiului Rotem Sorek, un genomic microbian la Institutul de Știință Weizmann din Rehovot, Israel. De aceea, el și colegii săi caută alte mecanisme de apărare.

Genele legate de apărare tind să se grupeze împreună în genom, spune Sorek. Așa că echipa sa a verificat informațiile genetice de la 45.000 de microbi, evidențiind grupuri de gene cu funcții necunoscute care erau localizate în apropierea genelor cunoscute legate de apărare.

Multe dintre bacteriile cu aceste familii de gene provin din locații îndepărtate, cum ar fi fundul oceanului. Așa că cercetătorii au folosit datele genomice pentru a sintetiza bucățile relevante de ADN și le-au introdus în Escherichia coli și Bacillus subtilis, care poate fi atât cultivat, cât și studiat în laborator. Apoi, cercetătorii au urmărit cât de bine au rezistat bacteriile atacurilor fagilor atunci când diferite gene dintr-o familie au fost șterse. Dacă eliminarea unora dintre gene a afectat capacitatea bacteriilor de a lupta împotriva fagilor, rezultatul a sugerat că grupul de gene era un sistem de apărare.

Nouă grupuri de gene bacteriene s-au dovedit a fi sisteme de apărare antifagice și un sistem protejat împotriva plasmidelor, o altă sursă de ADN străin, au descoperit cercetătorii.

Sistemele de protecție antifagice descoperite anterior, cum ar fi CRISPR, au fost descrise cu acronime, dar, glumește Sorek, „am rămas fără acronime”. Așadar, noile sisteme poartă numele zeităților protectoare – cum ar fi Zorya, o pereche de zeițe din mitologia slavă.

Datele dezvăluie, de asemenea, o posibilă origine comună între sistemele imunitare bacteriene și apărarea similară în organisme mai complexe, spune Sorek. Unele dintre gene au conținut fragmente de ADN despre care se știe, de asemenea, că sunt o parte importantă a sistemului imunitar înnăscut la plante, mamifere și nevertebrate.

Este probabil că cercetarea va declanșa o serie de noi studii pentru a afla cum funcționează aceste noi sisteme de apărare și dacă ele, precum CRISPR, ar putea fi, de asemenea, instrumente biotehnologice utile, prezice Bondy-Denomy.