Системы рестрикции-модификации у бактерий отвечают за защиту клетки от чужеродного генетического материала, например бактериофагов и плазмид. Иммунные системы требуют строгой регуляции, поскольку у бактерий, как и у человека, возможны аутоиммунные реакции — атака на собственную ДНК. Группа исследователей изучила одну из первых открытых систем иммунитета у бактерий EcoKI и установила, что наличие в клетке плазмидной ДНК приводит к активации аллевиации рестрикции — встроенной программы подавления иммунитета. Этот эффект был назван плазмидо-индуцированной аллевиацией рестрикции. Он возникает, когда в клетку попадают плазмиды, обладающие особыми свойствами, которые начинают конфликтовать с внутриклеточным иммунитетом. Результаты работы представлены в журнале Nucleic Acids Research, сообщает пресс-служба Сколтеха.
Плазмиды — это форма мобильных генетических элементов, кольцевые молекулы ДНК, которыми бактерии активно обмениваются друг с другом, что приводит к их быстрому распространению по популяции.
«Открытие оказалось для нас совершенно неожиданным. Мы изучали белок, который должен был ингибировать систему EcoKI, но данные никак не сходились. Тогда мы подумали: а не может ли оказаться, что сама плазмидная ДНК подавляет бактериальный иммунитет? Оказалось, что наличие плазмиды, которая обладает специальными элементами, сайтами для распознавания нуклеазы EcoKI-системы, привлекало EcoKI-нуклеазу на плазмидную ДНК, что запускало программу деградации этого белка. В норме эта программа нужна, чтобы защитить клетку от случайной атаки нуклеазы на бактериальную хромосому, но оказалась, что плазмидная ДНК настолько активно привлекает на себя EcoKI-нуклеазу, что это полностью отключает бактериальный иммунитет. Для самой плазмиды это тоже плохо, так как клетка становится чувствительна к заражению фагами, поэтому мы считаем, что подобный конфликт возникает непреднамеренно и просто отражает сложность различных биологических механизмов, которые не всегда друг с другом согласованы», — рассказал Артем Исаев, руководитель Лаборатории анализа метагеномов в Сколтехе.
Результаты ученых также внесли вклад в понимание процессов внутриклеточной рекомбинации — процесса, в котором одна молекула ДНК может обмениваться фрагментами со своей копией внутри клетки. Когда в бактериальном геноме происходит разрыв в ДНК, то, чтобы его устранить, клетка использует генетическую рекомбинацию, с помощью которой она находит похожую цепь ДНК. Этот процесс также требует наличия специальной последовательности, называемой Chi-сайтом. Если же этот сайт удалить, то двухцепочечный разрыв может привести к полной деградации поврежденной ДНК плазмиды.
«Мы установили, что для запуска аллевиации рестрикции плазмиде необходим Chi-сайт, то есть способность к активной рекомбинации. Однако в особых условиях, если удалить компоненты клетки, отвечающие за основные процессы рекомбинации (белки RecBCD и RecA), мы можем по-прежнему наблюдать аллевиацию рестрикции. Это говорит о том, что в бактериальной клетке есть скрытые или альтернативные способы рекомбинации, которые не проявляют себя в присутствии RecBCD и RecA. Теперь наша модельная система поможет исследовать эти пути», — рассказали первые авторы работы, аспиранты Сколтеха по программе «Науки о жизни» Михаил Скутель и Дарья Яновская.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
