Бактерии защищают себя от вирусов с помощью механизма, схожего с защитой человеческих хромосом. Исследователи нашли возможный ключ к биотехнологиям будущего.
Обычные бактерии оказались носителями древнего биологического механизма, который может оказаться полезным для медицины будущего. Исследователи из Колумбийского университета выявили систему противовирусной защиты DRT10. Она не только помогает микробам справляться с вирусами, но и удивительно схожа с ферментом, который поддерживает защиту хромосом человека.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature. Работа может открыть новые горизонты в генной инженерии и геронтологии.
Вместо молекулярных ножниц — переписывание ДНК
Система DRT10 (Defense-Associated Reverse Transcriptase 10) функционирует иначе, чем известный механизм CRISPR, который распознает определённые участки генетического материала и позволяет разрезать ДНК. В основе DRT10 лежит обратная транскриптаза — фермент, способный создавать ДНК на основе РНК.
Исследователи установили, что DRT10 использует РНК в качестве шаблона для производства длинной молекулы ДНК с повторяющимися последовательностями. Этот процесс участвует в защите бактерий от вирусов.
Необычный фермент обнаружили в группе белков, функции которых долго оставались загадкой. Аспирант Стивен Танг, работавший в лаборатории Колумбийского университета, изучал эти молекулярные механизмы и заметил, что DRT10 действует по принципу, напоминающему работу теломеразы.
Что общего у микроба и человеческой хромосомы
Теломераза поддерживает теломеры — защитные участки на концах линейных хромосом. Они помогают сохранять целостность генетического материала, а их укорочение связано со старением клеток. Поэтому сходство бактериального фермента с теломеразой заинтересовало ученых не только с точки зрения эволюции.
Команда уже применяла DRT10 для синтеза повторяющихся участков человеческой теломерной ДНК в клетках человека. Теперь исследователи выясняют, позволит ли такой подход замедлить клеточное старение и продлить период нормального функционирования клеток.
Существует и другое потенциальное направление — CAR-T-терапия, при которой иммунные T-клетки пациента генетически модифицируют для более активного распознавания и атаки опухоли. Ученые хотят проверить, поможет ли поддержание теломер дольше сохранять активность таких цитотоксических «санитаров».
Тем не менее, до медицинского применения ещё очень далеко: пока речь идет о перспективах исследований, а не о готовом методе омоложения или лечении рака.
Эволюционная загадка длиной в миллиарды лет
Это открытие имеет и фундаментальное значение. Сравнив эволюционное родство различных обратных транскриптаз, ученые выявили признаки общего происхождения бактериальных защитных ферментов и теломераз. Это позволяет предположить, что способность производить повторяющиеся последовательности ДНК появилась у общего предка задолго до возникновения сложных организмов.
В дальнейшем подобные молекулярные механизмы могли получить новую функцию — поддержание линейных хромосом, характерных для эукариот, к которым относятся животные, растения и грибы.
Таким образом, система, помогающая бактериям противостоять вирусам, может оказаться частью гораздо более древней истории клеточной жизни. И хотя превращение этого открытия в медицинские достижения пока преждевременно, оно предоставляет ученым новый инструмент для изучения структуры и сохранения нашей ДНК.
Возможно, древние ферментативные возможности системы, подобной DRT10, были частью молекулярного механизма, необходимого для возникновения эукариотической ветви жизни, использующей другую линейную топологию хромосом. Я надеюсь, что открытие DRT10 приведет к ценным клиническим достижениям. Но еще для меня это впечатляющий взгляд назад на то, как развивалась жизнь.
Фото: hi-tech.mail.ru