Bakteria mewarisi imuniti yang diperolehi • Elena Naimark • Berita sains mengenai "Unsur" • Genetik, Evolusi

Bakteria mewarisi imuniti yang diperolehi

Bakteria melindungi diri mereka daripada virus, cuba mengenal pasti parasit sebelum mereka memperkenalkan DNA mereka ke dalam sel. Tetapi jika jangkitan itu berlaku, bakteria menggunakan jenis perlindungan yang berlainan; ia disediakan oleh kehadiran locus CRISPR khas dalam sel. Foto dari www.hybridmedicalanimation.com

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, ahli biologi telah secara aktif meneroka jenis imuniti khas yang baru ditemui dalam bakteria dan arkea. Tindak balas imun disediakan oleh RNA khas yang gennya terletak di lokus khusus, yang dipanggil CRISPR. RNA ini mengiktiraf DNA asing dan membantu memusnahkannya. Adalah luar biasa bahawa dengan pengenalan virus baru, gen yang berkaitan baru dibentuk dalam sistem CRISPR dalam bakteria yang dijangkiti, dan sel induk memindahkan kekebalan yang diperolehi oleh warisan. Sistem CRISPR juga mempunyai mekanisme terbina dalam untuk melindungi DNAnya sendiri dari pemusnahan autoimun.

Kekebalan membantu semua makhluk hidup menghadapi pengenalan agen asing, termasuk parasit. Sistem kekebalan tubuh adalah alat biokimia yang kompleks; dalam haiwan yang lebih tinggi, ia bertujuan pengiktirafan pesat parasit dan meningkatkan pengeluaran antibodi yang dapat meneutralkannya.Pautan yang paling penting dalam mesin kekebalan vertebrata – penghasilan yang diperlukan, khusus, antibodi – adalah penciptaan alam semulajadi: daripada berjuta-juta limfosit yang tersedia, satu atau beberapa dipilih yang protein permukaan adalah pelengkap kepada antigen parasit yang diperkenalkan. Pembentukan kompleks antigen-antibodi menyebabkan pembiakan lymphocyte jenis yang lebih baik, yang memberikan tindak balas imun yang cepat.

Sumber kepelbagaian lymphocytes yang luar biasa adalah kombinasi tak terhitung beberapa segmen sekunder urutan nukleotida yang mana gen antibodi dipasang dalam limfosit matang. Oleh itu, sel tidak perlu menyimpan gen yang berasingan untuk setiap antibodi, anda boleh menyimpan satu set kosong, dan kemudian, seperti yang diperlukan, pilih gabungan kekosongan yang dikehendaki. Ibu bapa memberikan anak keturunan yang tepat. Oleh itu, kekebalan yang diperoleh untuk kehidupan tidak boleh diwarisi, hanya peluang untuk memperolehnya diwarisi. Ini adalah kes dengan vertebrata.

Dalam invertebrata dan tumbuh-tumbuhan, imuniti adalah terutamanya semula jadi (lihatImuniti tumbuhan), dan jika terdapat unsur-unsur imuniti yang diperolehi, maka agen-agen pelindung yang berkembang semasa hayat organisma tidak dipindahkan dari ibu bapa kepada keturunan – hanya keupayaan untuk menghasilkannya diwarisi. Tetapi bakteria dan archaea, seperti yang ternyata dalam kajian tahun-tahun kebelakangan ini, dapat menyebarkan imuniti yang diperolehi, dengan itu menunjukkan salah satu kes-kes yang jarang dalam warisan "Lamarck" ini (lihat Ciri Warisan yang Diperolehi).

Pada tahun 2002, kajian sistematik mengenai lokus spesifik genom bakteria bermula, yang berulang-ulang berulang-ulang palindromik yang disusun dalam kumpulan (CRISPR, dikelompokkan secara berkala diulang palindromic pendek). Loci ini terdapat dalam 90% arkea dan 40% bakteria.

Loci CRISPR terdiri daripada beberapa ulangan palindromik yang tidak menyentuh, yang mana terdapat jurang – spacer. Spacer adalah seksyen pendek DNA virus atau plasmid. Saiz ulang CRISPR dikira dalam 23-47 pasangan nukleotida, dan spacers – dari 21 hingga 72 pasangan nukleotida. Bilangan kumpulan berulang / spacer dapat mencapai 375, tetapi biasanya kurang dari 50. Dalam genom bakteria, tidak ada satu, tetapi beberapa loceng CRISPR.

Di kawasan berhampiran CRISPR adalah gen protein khusus yang dipanggil Cas (CRISPR dikaitkan). Cas biasanya nukleus, polimerase, protein nukleotida yang mengikat; Secara keseluruhan, kumpulan ini termasuk kira-kira 40 keluarga protein.

Pengulangan jujukan CRISPR sangat konservatif dalam setiap spesies mikrob, tetapi sangat berbeza dari spesies hingga spesies.

Skim dua loci Streptococcus thermophilusmengandungi CRISPR dan gen yang berkaitancas. Warna kelabu dipaparkan cas– gen hitam – Urutan CRISPR. Di bawah segi empat hitam menyerahkan struktur CRISPR terperinci. Berlian hitam – ini adalah ulangan palindromik, dan segi empat kecil putih – spacer, yang merupakan sebahagian daripada plasmid atau DNA virus. Surat Urutan nukleotida bagi urutan palindromik ditandakan di bawah, dan struktur seperti gelung di sebelah kanan menggambarkan struktur sekunder dari ulangan palindromik RNA. Gambar dari artikel dibincangkan di Sains

Pada tahun 2007, ia menunjukkan secara eksperimen itu Streptococcus thermophilus semasa memerangi virus bacteriophage, ia mengubah urutan CRISPR dengan melengkapkan satu atau lebih unit ulang / spacer pada akhir urutan lama.Penambahan spacer adalah serupa dengan genom virus. Pada masa yang sama, bakteria memperoleh daya tahan terhadap virus ini. Jika anda menukar urutan nukleotida spacer yang ditambah atau bahkan memotong spacer, maka rintangan yang diperolehi untuk phage hilang.

Dalam dua tahun akan datang, para saintis membuktikan bahawa lokus CRISPR berevolusi sebagai tindak balas terhadap aktiviti virus, jadi komposisi dan susunan spacer menunjukkan sejarah pelbagai serangan virus. Jadi, interaksi dengan virus dan plasmid asing membawa kepada kemunculan imuniti, yang dipelihara dalam beberapa generasi ketegangan ini. Para saintis telah mencadangkan apa yang boleh menjadi mekanisme untuk pengambilalihan dan warisan imuniti.

Pertama, protein-protein terlibat dalam pembentukan imuniti. Inactivation cas-mengarah membawa kepada pengurangan atau kehilangan keupayaan untuk mengintegrasikan DNA atau plasmid DNA sebagai spacer. Jika DNA asing menembus sel, maka protein Cas mula mengenalinya. Kemudian mereka juga memotong satu bahagian DNA asing dan menyelesaikan unit replika / spacer di lokasi CRISPR. DNA bakteria yang dikemas kini kemudiannya biasanya ditiru dan diwarisi oleh keturunan bakteria ini.Semasa transkripsi CRISPR, rantaian RNA (CRISPR-RNA, atau crRNA) terbentuk, yang kemudiannya dipotong menjadi kepingan pendek yang terdiri daripada dua bahagian ulangan palindromik dan spacer di antara mereka. Pemotongan ini juga menjalankan protein Sas.

Hasilnya adalah pelbagai krrna pendek dengan pelbagai spacer virus. Di antara mereka adalah yang gembira dengan jangkitan baru-baru ini. CRRNA digabungkan dengan beberapa cas-proteins. Sekiranya virus ini memasuki sel lagi, maka RNA yang membawa spacer yang sama mengiktiraf rantau DNA komplementer, dan protein Cas menyediakan untuk penyahaktifan dan pembuangan DNA parasit. Ia tidak mengatakan bahawa pengiktirafan DNA asing menggunakan crRNA jauh lebih cekap dan lebih cepat daripada pengiktirafan asal, dari mana pembentukan imuniti bermula.

Seseorang boleh bayangkan bahawa dengan serangan serentak virus tertentu, unit kerja sama "ulang / spacer" akan dikekalkan dalam urutan kerja dalam beberapa generasi (mutasi yang merosakkannya akan dihapuskan oleh pemilihan). Sekiranya parasit jarang atau eksotik, maka unit "berulang / spacer" yang sepadan dengan cepat akan mengumpulkan mutasi, berhenti kerja atau hilang sama sekali.Jadi kekebalan CRISPR adalah sistem penyesuaian diri. Interaksi antara bakteria dan virus menyebabkan genom mereka berkembang dengan pesat.

Baru-baru ini, saintis Amerika dari Northwestern University (Evanston, Illinois) mendapati bagaimana bakteria boleh menghindari tindak balas autoimun apabila fungsi crRNA. Hypothetically, crRNAs harus mengenali dan menyahaktifkan sebahagian lokus asli CRISPR dalam kromosom bakteria. Tetapi ini tidak berlaku. Ternyata bukan sahaja spacer terlibat dalam pengiktirafan DNA asing, tetapi juga serpihan-serpihan palindrom yang membatasi spacer. Jika, apabila pasangan CRRNA dengan DNA, bukan sahaja spacer, tetapi juga nukleotida sekelilingnya menjadi pelengkap, crRNA mengiktiraf DNA "asli", dan serangan imun tidak berlaku. Jika hanya spacer speker crRNA, maka ini bermakna rantaian asing, dan kemudian protein Cas menyingkirkan DNA parasit.

Sumber:
1) Philippe Horvath, Rodolphe Barrangou. CRISPR / Cas, Sistem Kekebalan Bakteri dan Archaea // Sains. 2010. V. 327. P. 167-170. DOI: 10.1126 / sains.1179555.
2) Luciano A. Marraffini, Erik J. Sontheimer. Self versus diskriminasi bukan diri semasa CRISPR RNA-diarahkan imuniti // Alam. 13 Januari 2010. Doi: 10.1038 / nature08703.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: