Новые результаты исследований Университета Эксетера показывают, как бактериальная иммунная система может быть вредна для их хозяев, и объясняют, почему они не обнаруживаются во многих бактериях.

CRISPR-Cas – это иммунная система, которая защищает бактерии от заражения вирусами (так называемые фаги).

Система работает путем кражи небольшого фрагмента вирусной ДНК и использования его для нацеливания и уничтожения соответствующих участков вирусного генома во время будущей инфекции.

Таргетинг CRISPR-Cas нарушает геном вируса, что означает, что новые копии вируса не могут быть созданы.

Ранее группы Westra и van Houte из Института окружающей среды и устойчивого развития Университета Penryn Campus в Корнуолле показали, что CRISPR-Cas может обеспечить превосходную защиту от "литических" фагов, то есть фагов, которые размножаются внутри клетки-хозяина и вызывают бактериальная клетка взрывается, высвобождая больше вирусных частиц (10.1016 / j.cub.2015.01.065, 10.1038 / nature17436).

Однако вирусы обычно следуют «лизогенному» образу жизни, то есть они могут интегрироваться в геном хозяина и становиться бездействующими до тех пор, пока триггер (часто связанный со стрессом хозяина или сигналами от других фагов) не заставит их повторно введите литический путь.

Ведущие авторы настоящего исследования, Клэр Ролли и Энн Шеваллеро, оба работающие в группе Вестра, объясняют, что:

Наши новые результаты показывают, что иммунная система не была способна устранять лизогенные фаги и часто приводила к повреждению аутоиммунитета для хозяина во время фаговой инфекции. »

Этот тип аутоиммунитета был вызван системой CRISPR-Cas, нацеленной на вирусную ДНК, которая была включена в собственный геном хозяина, что привело к гибели клеток хозяина и высвобождению вируса.

Они обнаружили, что бактериальные клетки, которые потеряли систему CRISPR-Cas из своего генома, избежали повреждения, вызванного аутоиммунным нацеливанием, выжили и размножились.

«Здесь, отсутствие этой ключевой иммунной системы было преимуществом», объясняют авторы.

Они также подчеркивают, что «анти-CRISPR белки, которые являются небольшими ингибиторами, продуцируемыми фагом для противодействия иммунному ответу CRISPR-Cas хозяина, и ранее считалось, что они приносят пользу только фагу, который их продуцирует, также обеспечивают защиту для хозяина». В этом сценарии отключение иммунной системы хозяина блокирует аутоиммунитет и предотвращает гибель бактерий. "

Бактериальный аутоиммунитет вызывается несовершенным согласованием «спейсеров» – последовательностей, которые направляют систему CRISPR-Cas к вирусной ДНК.

Авторы показали, что эти несовершенные совпадения с фагами часто встречаются в природе, и поэтому этот аутоиммунный эффект, вероятно, является распространенным следствием наличия системы CRISPR-Cas.

Важно, что это может помочь объяснить, почему CRISPR-Cas присутствует только в приблизительно 40% бактериальных геномов и часто приобретается и теряется из близкородственных штаммов.