مبارزه فاژها با میزبان باکتریایی خود

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، یک تیم بین المللی از محققان به رهبری پروفسور پیتر فینران از دانشگاه اوتاگو و دکتر رافائل پینیلا-ردوندو از دانشگاه کپنهاگ مطالعه ای در Nature منتشر کرده است که روش جدیدی را نشان می دهد که ویروس ها سیستم ایمنی CRISPR-Cas باکتری ها را سرکوب می کنند.

دکتر دیوید مایو-مونوز، نویسنده اول، از آزمایشگاه تعاملات میزبان فاژ (Phi) در بخش میکروبیولوژی و ایمونولوژی اوتاگو، می گوید این یافته می تواند به ما در مورد پویایی میکروبی در محیط بیاموزد، و از آن برای ایمن تر کردن ویرایش ژن استفاده شود. و به جایگزین های موثرتری برای آنتی بیوتیک ها منجر شود.

CRISPR-Cas باکتری های سیستم ایمنی هستند که از آنها در برابر آلوده شدن به ویروس های باکتریایی - به نام فاژها - محافظت می کند. با گرفتن قطعاتی از DNA فاژ و افزودن آن به ژنوم باکتری عمل می کند. باکتری ها با یک بانک حافظه از عفونت های فاژی گذشته که مانند عکس های ماگ شات فایل گذاری می کنند، از آنها برای شناسایی و تخریب آن فاژ خاص استفاده می کنند، وقتی دوباره حمله کرد.

اگر یک ویروس وارد شود، بخشی از DNA آن به بانک حافظه اضافه می شود و سپس در این فرآیند از DNA به RNA تبدیل می شود. هر RNA مانند یک راهنما عمل می کند تا سیستم CRISPR-Cas بتواند به درستی فاژ مهاجم را شناسایی و از بین ببرد." هر اضافه شده به بانک حافظه توسط یک توالی تکرار CRISPR تقسیم می شود، که مانند دسته های کتاب بین هر دنباله فاژ قرار می گیرد.

نکته جالب این است که فاژها راه های مختلفی را برای غلبه بر این سیستم های دفاعی تکامل داده اند - این مانند یک مسابقه تسلیحاتی تکاملی است. باکتری ها دارای CRISPR-Cas هستند، بنابراین فاژها ضد CRISPRs ساخته اند، که آنها را قادر می سازد کمپلکس های ایمنی باکتری ها را مسدود کنند.

دکتر Mayo-Munoz می گوید: آنچه ما کشف کرده ایم یک روش کاملاً جدید است که فاژها می توانند سیستم های CRISPR-Cas را متوقف کنند.

محققان قبلی نشان دادند که برخی از فاژها دارای توالی های تکرار CRISPR در ژنوم خود هستند و در مطالعه فعلی، تیم Otago و کپنهاگ نشان دادند که فاژها باکتری ها را با این تکرارهای RNA بارگذاری می کنند تا CRISPR-Cas را متوقف کنند.

پروفسور فینران، رئیس آزمایشگاه فی در اوتاگو، می گوید این RNA ضد CRISPR کمپلکس های ایمنی باکتری ها را کور می کند.

این گروه همچنین دریافتند که وقتی فاژ RNA را روی پروتئین های CRISPR-Cas بارگذاری می کند، همه پروتئین های مناسب بارگیری نمی شوند و یک مجموعه غیرعملکردی تشکیل نمی دهند.

این تقلید مولکولی، دفاع باکتری ها و عملکرد سیستم را خراب می کند؛ این در اصل یک طعمه است.

علاقه عمده به CRISPR-Cas در ماهیت قابل برنامه ریزی آن برای ویرایش دقیق ژنوم ها نهفته است - جایزه نوبل شیمی اخیراً برای این فناوری اعطا شد. جالب اینجاست که ضد CRISPR ها می توانند به عنوان سوئیچ ایمنی برای خاموش یا تنظیم این فناوری استفاده شوند.

برای استفاده از پتانسیل فناوری های CRISPR-Cas، مهم است که بتوانیم آن را کنترل کنیم، آن را روشن و خاموش کنیم، و آن را تنظیم کنیم و دقت و مزایای درمانی آن را بهبود دهیم.

دکتر Mayo-Munoz می گوید:کشف ما اولین شواهد یک RNA ضد CRISPR است که دارای توالی ژنتیکی کوتاه تری نسبت به پروتئین های ضد CRISPR کشف شده قبلی است، و از آنجایی که آنها بر اساس توالی های تکراری شناخته شده CRISPR هستند، ما این امکان را داریم که RNA ضد CRISPR را طراحی کنیم.

فاژها همچنین می توانند به عنوان ضد میکروبی برای از بین بردن باکتری های بیماری زا استفاده شوند و جایگزینی برای آنتی بیوتیک ها ارائه دهند، اما اگر باکتری آلوده دارای سیستم CRISPR-Cas فعال باشد، فاژهایی با ضد CRISPR مناسب برای خنثی کردن آن مورد نیاز خواهند بود.