Кръгови ДНК вериги могат да потиснат имунитета на бактериите

Изследователите от Международния институт за техника и технологии „Сколтех“, Русия, откриват, че съществуват видове кръгови ДНК молекули, които са способни да потиснат имунната система на бактериите в резултат на конфликт между различните вътреклетъчни защитни системи на микробите. Това означава, че съществуват неизвестни до момента методи за възстановяване на повредена ДНК. Артьом Исаев, ръководител на лаборатория за анализ на метагенома в „Сколтех“, споделя, че откритието става случайно докато ръководената от него научна група изучава механизмите на работа на бактериалната система на имунитета на EcoKI.

За плазмидите и потискането на бактериалния имунитет

Системите да рестрикционна модификация в бактериите отговарят за защитата на клетката от чужд генетичен материал като бактериофагите и плазмидите. Имунната система изисква строго управление, защото бактериите са способни на автоимунни реакции, тоест на атака срещу собствената им ДНК, разясняват учените.

Научната група, ръководена от Артьом Исаев, изучава механизмите на бактериалната имунна система EcoKI, с помощта на която микробите разграничават своята ДНК от чужди групи от нуклеотиди, които могат да бъдат въведени в клетките им от вируси бактериофаги. За да направи подобно разграничение, бактерията нанася определени химически белези върху повърхността на ДНК, които биват разпознати при появата на прекъсвания в нишките на генетичния код от ензима HsdS.

При наличието на тези белези микробът смята счупената ДНК за своя собствена и възстановява увредените участъци. В обратния случай генетичната информация бива унищожена.

В процеса на изследването учените установяват, че работата на този протеин може да спре напълно. Това се случва, когато някои видове плазмиди или кръгови ДНК молекули, които обменят помежду си микробите, попаднат в бактериите.

>>>Някои от най-смъртоносните бактерии се хранят с човешка кръв

Или както отбелязват изследователите: „Наличието на плазмидна ДНК в клетката активира облекчаването на ограничението, което е част от програма за потискане на имунната система. Ефектът се нарича индуцирано от плазмид облекчаване на рестрикцията“.

Случва се, когато плазмиди със специфични свойства се вмъкнат в клетката и след това влязат в конфликт с вътреклетъчния имунитет.

Плазмидите са форма на мобилни генетични елементи или кръгови ДНК молекули, които бактериите обменят помежду си, което води до бързото им разпространение.

Артьом Исаев признава, че откритието е напълно неочаквано.

„Изследвахме протеин, който трябва да инхибира системата EcoKI, но данните просто не съвпаднаха. Попитахме се, дали не е възможно самата плазмидна ДНК да потиска бактериалния имунитет? Оказа се, че наличието на плазмид със специални елементи и места за разпознаване на нуклеазата на EcoKI ситсемата я привлече към плазмидната ДНК, а това от своя страна задейства програмата за разграждане на този протеин“, разказва за хода на разсъжденията на екипа неговият ръководител. Допълва и това, че обикновено програмата е нужна за защита на клетката от произволна нуклеазна атака върху бактериалната хромозома.

>>>Базата данни с модели на гени НОСОМОСО е актуализирана

„Оказа се обаче, че плазмидната ДНК толкова активно привлича EcoKI нуклеазата, че деактивира напълно бактериалния имунитет. Това е лошо за плазмида, защото клетката става чувствителна към инфекция от фаги. Вярваме, че подобен конфликт възниква неволно и отразява сложността на различни биологични механизми, които не винаги са в координация помежду си.“

Резултати и изводи

Резултатите от работата на учените от Международния институт за наука и технологии са публикувани в списанието Nucleic Acids Research.

Откритите от групата механизми допринасят за разбирането на вътреклетъчната рекомбинация – процесът, при който една ДНК молекула може да обменя части със своето копие вътре в клетката. В случаите когато бактериалният геном на ДНК бъде прекъснат, за да го поправи, клетката използва генетична рекомбинация, която намира подобна ДНК верига. Процесът изисква специална последователност, наречена Chi-сайт. Ако това място се отстрани, то двуверижното разкъсване може да доведе до пълно разграждане на увредената плазмидна ДНК.

Един от изводите на групата е, че за да предизвика облекчаване на рестрикцията, плазмидът изисква Chi-сайт или способност за активна рекомбинация. Ако бъдат премахнати клетъчните компоненти, които са отговорни за основните процеси на рекомбинация, а това са протеините RecBCD и RecA, все още се наблюдава облекчаване на рестрикцията.

„А това предполага, че бактериалната клетка има скрити и алтернативни начини за рекомбинация, които не се проявяват в присъствието на RecBCD и RecA. Нашата моделна система ще помогне тези пътища да бъдат изследвани“, убедени са учените.