Они обнаружили уникальный механизм, который полностью отключает иммунную защиту бактерий, сообщают «Известия».
Этот феномен происходит, когда в бактериальную клетку попадают определенные плазмиды – мобильные генетические элементы, представляющие собой кольцевые молекулы ДНК, существующие отдельно от основного генома бактерии.
Как оказалось, присутствие такой «чужеродной» ДНК в клетке активирует встроенную программу подавления иммунитета, что полностью отключает защитные механизмы бактерии.
Открытие было сделано совершенно случайно. Ученые изучали белок, который должен был ингибировать иммунную систему бактерии EcoKI, но результаты экспериментов никак не сходились с ожиданиями. После тщательного анализа выяснилось, что плазмида привлекала нуклеазу – белок, разрушающий ДНК, на свою собственную ДНК. Это запускало защитную программу, которая в норме призвана предотвратить случайную атаку нуклеазы на собственную хромосому бактерии. Однако в данном случае плазмидная ДНК настолько активно привлекала к себе этот белок, что полностью подавляла бактериальный иммунитет.
Исследователи занимаются изучением взаимодействий между клеточными организмами, такими как бактерии, и мобильными генетическими элементами, к которым относятся вирусы (бактериофаги) и плазмиды. Для защиты от этих элементов микроорганизмы обладают множеством иммунных систем, позволяющих распознавать и разрушать чужеродные ДНК. Одним из таких механизмов является система рестрикции-модификации, присутствующая практически у каждой бактерии. Клетка помечает (модифицирует) свою ДНК специальными маркерами, а непомеченную ДНК распознает как чужеродную и уничтожает (рестрикция).
Однако существует риск, что собственная ДНК бактерии может случайно потерять метку и быть атакована иммунной системой. Чтобы избежать такой аутоиммунной реакции, у бактерий предусмотрен дополнительный защитный механизм – ослабление рестрикции. Именно этот механизм и был обнаружен учеными Сколтеха в случае воздействия плазмид.
Эксперты отмечают, что открытие имеет не только фундаментальное значение, но и практические приложения. Понимание механизмов регуляции активности иммунных систем бактерий может помочь в разработке новых методов борьбы с бактериальными инфекциями, совершенствовании технологий доставки генов и редактирования генома, а также улучшении стабильности и эффективности плазмид, применяемых в биотехнологиях.
Кроме того, открытый механизм позволит подготавливать бактерии к воздействию бактериофагов – вирусов, заражающих микробы. Бактериофаги давно рассматриваются как потенциальное средство борьбы с инфекциями, но их редко применяли на практике из-за быстрого развития у бактерий резистентности. После обработки, отключающей иммунитет, микробы станут восприимчивы к любым противомикробным инструментам.
Ученые также предполагают, что аналогичные «предохранительные» механизмы могут существовать и в противовирусной и противомикробной защите человека. Их обнаружение может помочь в решении проблем, связанных с аутоиммунными заболеваниями, когда иммунная система атакует собственные ткани организма. В настоящее время для лечения таких патологий используются иммунносупрессивные препараты, полностью подавляющие иммунитет, что часто приводит к серьезным осложнениям.
Кроме того, временное отключение иммунитета может быть полезно при трансплантации органов и тканей, чтобы предотвратить их отторжение. Однако манипуляции с иммунной системой требуют крайней осторожности, поскольку связаны с риском развития онкологических заболеваний.
Поэтому для практического применения открытия потребуется проведение множества экспериментов и клинических испытаний.