У бактерий есть иммунная система

иммунная система бактерий слипап

Бактерии — это самая древняя и самая распространенная форма жизни на Земле (если не считать вирусы за форму жизни). Многие из них являются постоянными жителями многоклеточных организмов, включая и человеческий.

Часть этих бактерий — симбионты, которые уживаются с нашей иммунной системой и приносят нам больше пользы, чем вреда, а часть — инфекционные агенты, с которыми наш иммунитет относительно успешно борется.

Но знаете ли Вы, что и сама бактерия может стать мишенью для инфекции?

Речь о бактериофагах — особой группе вирусов, инфицирующих исключительно бактерии. Это самая многочисленная и древняя группа вирусов. Бактериофаги заражают бактерии и заставляют их генетический аппарат работать на производство новых вирусных частиц.

Бактериофаги

Бактериофаги атакуют бактерию

В результате такого «взаимодействия» бактерия неизбежно гибнет, поэтому бактериофаги считают паразитами («пожирателями») бактерий. Однако, несмотря на численное превосходство бактериофагов, бактерии существуют уже 3.5 миллиарда лет, и пока не перевелись. В чем же дело?

Дело в том, что эволюция создала в бактериях упрощенную версию иммунной системы, причем, как неспецифической, так и адаптивной, то есть сохраняющей память о перенесенной инфекции.

Неспецифический иммунитет бактерий сводится к постоянному синтезу особых ферментов — эндонуклеаз, которые эффективно расщепляют нуклеиновые кислоты. Когда бактериофаг вводит в бактерию свою ДНК — свободно-циркулирующие по цитоплазме бактерии эндонуклеазы встречаются с вирусной нуклеиновой кислотой и разрушают ее.

Естественно, такие ферменты могут разрушить и собственную ДНК бактерии, поэтому они обзавелись защитным механизмом. ДНК бактерий защищены метильными группами, которые не дают эндонуклеазам с ней связаться. У вируса такой защиты нет, и его ДНК разрушается.

Так работает неспецифический иммунитет бактерий. Но некоторые виды, например кишечная палочка (E.coli), пошли дальше и обзавелись иммунной памятью. Механизм этой памяти работает так — фрагменты вирусной ДНК, разрушенной эндонуклеазами, встраиваются в ДНК бактерии, в особые участки, названные CRISPR. Эти встроенные фрагменты (их называют спэйсеры) передаются по наследству, то есть если бактерия пережила атаку бактериофага и размножилась, то ее «дочки» будут иметь в своем геноме фрагмент ДНК атаковавшего вируса.

С захваченного спэйсера транскрибируется короткая РНК, которая, образует комплекс с молекулой Cas9 (эндонуклеаза). РНК комплементарна фрагменту вирусной ДНК, то есть может специфично с ней связаться. В этом комплексе РНК — это «головка наведения» на ДНК бактериофага, а Cas9 — «боезаряд».

Комплекс РНК/cas9 находится в цитоплазме и, при последующем контакте с таким же бактериофагом, связывается с его ДНК и разрушает ее.

механизм CRISPR

Таких спейсеров (то есть фрагментов ДНК бактериофагов) бактерия может накопить в своем геноме довольно много, если выживет, конечно.

У этого механизма есть два критерия, по которым он напоминает адаптивный иммунный ответ у высших животных:

  • высокая специфичность связывания (один спейсер — один бактериофаг) и 
  • сохранение памяти о перенесенных бактерией инфекциях

В следующих постах разовьем тему.

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.