Все новости

В Сколтехе обнаружили уязвимость в имунной системе одноклеточных организмов

Математическая модель выявила, что молекулы ДНК, устойчивые к антибиотикам, способны случайно обходить защитный механизм

МОСКВА, 5 мая. /ТАСС/. Сотрудники Сколковского института науки и технологий (Сколтех) выявили и описали роль случайности в процессе приобретения и поддержании клетками бактерий небольших молекул ДНК - плазмид. Находящиеся на плазмидах гены делают бактерии устойчивыми к антибиотикам, и для борьбы с этим опасным явлением необходимо учитывать выявленные закономерности. Исследование опубликовано в журнале PNAS. Об открытии сообщила в четверг пресс-служба Сколтеха.

По словам представителей пресс-службы, способность плазмид случайно обходить защитное действие CRISPR-Cas (имунная система одноклеточных организмов - прокариот) и достигать положения равновесия делает бактериальную популяцию более стабильной, повышая ее разнообразие. Модель, предложенная авторами, включает в себя особенности распространения плазмид как в отдельной клетке, так и в клеточной популяции и позволит разрабатывать методы удаления плазмид, устойчивых к антибиотикам из клеток патогенных бактерий.

Плазмиды - небольшие кольцевые молекулы ДНК. Попав в бактериальную клетку, используют ее ресурсы, чтобы реплицироваться и передаваться в дочерние клетки. Они способны бороться с плазмидами с помощью защитных систем CRISPR-Cas. Считалось, что, будучи опознанными системой CRISPR-Cas, плазмиды либо очень быстро уничтожаются, либо изменяют (мутируют) свою ДНК таким образом, что она становится незаметной для имунной системы прокариот.

Авторы исследования доказали, что это не всегда так. По словам аспиранта Сколтеха Виктора Мамонтова, CRISPR-Cas может устранять конечное число молекул плазмиды в единицу времени. Поскольку плазмидная ДНК постоянно копируется, для каждой пары "плазмида - нацеленная на нее система CRISPR-Cas" существует точка, в которой скорости этих двух разнонаправленных процессов уравновешивают друг друга.

Если такое равновесие установится, то, как отмечают ученые, молекула может закрепиться в клетках и без накопления дополнительных мутаций. Математическое моделирование показало, что небольшой процент клеток, захвативших плазмиду, самопроизвольно приходит в положение равновесия с CRISPR-Cas по воле случая.

"Хотя при попадании одиночной плазмиды в клетку у нее крайне мало шансов уклониться от защиты CRISPR-Cas, если ей "повезет", она может успеть размножиться до того, как Cas-белки ее уничтожат. Это не только создает возможность устойчивого существования плазмид в клетках с противодействующей им системой CRISPR-Cas, но и дает дополнительные возможности для возникновения случайных защитных мутаций в плазмидной ДНК, которые полностью выведут ее из-под действия CRISPR-Cas", - приводятся в сообщении слова Мамонтова.