כל יצור חי עלי אדמות צריך להגן על עצמו מפני דברים שיעשה זאת פוגעים. חיידקים אינם שונים. ולמרות הפשטות היחסית שלהם, הם מפרסים אסטרטגיות הגנה מנוסחות להפליא נגד פולשים ויראליים. הידוע ביותר הוא CRISPR-CAS9, המותאם לשימוש אנושי כטכניקת העריכה הגנטית הראשונה המאושרת על ידי ה- FDA.
בשנה האחרונה, חוקרים במעבדה לבקטריולוגיה של רוקפלר, בראשות לוצ'יאנו מרפיני, ובמעבדה לביולוגיה מבנית של MSKCC, בראשות דינשאו פאטל, חקרו רכיבי חיסון מרכזיים של כמה מערכות CRISPR הנקראים אפקטורי CARF. כלי נשק שזה עתה התגלו נוקטים בגישות שונות להשגת אותה מטרה: מעצר פעילות סלולרית, המונעת נגיף להתפשט בשאר אוכלוסיית החיידקים.
בפרסום שנערך לאחרונה ב מַדָעהמדענים מכריזים על אפקט ה- CARF החדש ביותר שגילו, אותם טבעו את CAT1. הודות למבנה מולקולרי מורכב בצורה יוצאת דופן, חלבון זה יכול לרוקן מטבוליט החיוני לתפקוד הסלולרי. נותרו ללא דלק, התוכניות של הפולש הנגיפי למתקפה נוספת מופעלת לטחינה.
העבודה הקולקטיבית של המעבדות שלנו חושפת עד כמה אפקטיני היער של מטחנים יעילים ושונים אלה. מגוון הפעילויות המולקולריות שלהם די מדהים. "
לוסיאנו מרפיני, מעבדת הקטריולוגיה של רוקפלר
מערכות הגנה מרובות
CRISPR הוא מנגנון במערכות החיסון ההסתגלות של חיידקים ואורגניזמים יחידים אחרים המציעים הגנה מפני וירוסים, הנקראים פאגים. ששת הסוגים של מערכות CRISPR פועלים בערך באותה צורה: RNA CRISPR מזהה קוד גנטי זר, שמפעיל אנזים CAS לתווך תגובה חיסונית, לרוב מחליקים את חומר הפולש.
אולם גוף עדויות הולך וגובר מצביע על כך שמערכות CRISPR מפרשות מגוון רחב של אסטרטגיות הגנה מעבר למספריים גנטיים. המעבדה של מרפיני הובילה את הדרך לחלק גדול מהמחקר הזה. בפרט, הם חקרו סוג של מולקולות במערכות CRISPR-CAS10 הנקראות אפקטורי קרף, שהם חלבונים המופעלים עם זיהום פאג של חיידק.
על פי ההערכה, חסינות אפקטור המערכה פועלת על ידי יצירת סביבה בלתי אפשרית לשכפול ויראלי. לדוגמה, אפקט ה- CAM1 CARF גורם לקיטוב ממברנה של תא נגוע, ואילו CAD1 מפעיל מעין חיטוי מולקולרי, ומציף תא נגוע במולקולות רעילות.
הקפאה מטבולית
לצורך המחקר הנוכחי, החוקרים רצו לנסות לזהות אפקטי מטרה נוספים. הם השתמשו ב- FlexSeek, כלי חיפוש הומולוגיה מבני חזק, כדי למצוא CAT1.
הם גילו כי CAT1 מתריע לנוכחותו של נגיף על ידי כריכה של מולקולות שליח משניות הנקראות טטרה-אדנילט מחזורית, או CA4שמעוררים את האנזים לחתוך מטבוליט חיוני בתא שנקרא NAD+ו
"פעם כמות מספקת של NAD+ הוא סגור, התא נכנס למצב מעצר צמיחה ", אומר הסופר הראשון, כריסטיאן באקה, סטודנטית לתואר שני ב- TPCB במעבדת מרפיני." עם תפקוד סלולרי על הפסקה, הפאג כבר לא יכול להתפשט ולהתפשט לשאר אוכלוסיית החיידקים. באופן זה, CAT1 דומה ל- CAM1 ו- CAD1 בכך שכולם מספקים חסינות חיידקית ברמת האוכלוסייה. "
מורכבות ייחודית
אך בעוד שהאסטרטגיה החיסונית שלה עשויה להיות דומה לאפקטורי CARF האחרים הללו, צורתו אינה, שכן הסופר הראשון פוג'ה מגומדר, חוקר מחקר לאחר הדוקטורט במעבדת פאטל, שנחשף באמצעות ניתוח מבני מפורט באמצעות Cryo-EM.
היא גילתה כי לחלבון Cat1 יש מבנה מורכב להפליא בו דימרים Cat1 מודבקים על ידי Ca4 מולקולת איתות, ויוצרים חוטים ארוכים לאחר זיהום נגיפי ומלכדים את ה- NAD+ מטבוליטים בתוך כיסים מולקולריים דביקים. "פעם ה- NAD+ המטבוליט נקטע על ידי חוטי CAT1, הוא אינו זמין לתא להשתמש ", מסביר מג'ומדר.
אבל המורכבות המבנית הייחודית של החלבון לא נעצרת שם, היא מוסיפה. "החוטים מתקשרים זה עם זה כדי ליצור חבילות ספירלה טריגונאליות, ואז צרורות אלה יכולים להתרחב ליצירת חבילות ספירלה מחומש", היא אומרת. נותר לחקור את מטרת המרכיבים המבניים הללו.
גם לא שגרתי היא העובדה ש- Cat1 לעיתים קרובות נראה שהוא עובד לבד. "בדרך כלל במערכות CRISPR מסוג III, יש לך שתי פעילויות התורמות לאפקט החסינות", אומר באקה. "עם זאת, נראה כי מרבית החיידקים המקודדים CAT1 מסתמכים בעיקר על CAT1 בגלל השפעת החסינות שלהם."
מרפיני אומר כי ממצאים אלה מציבים שאלות חדשות מסקרנות. "אמנם אני חושב שהוכחנו שהתמונה הגדולה-כי אפקטורי המערכה נהדרים במניעת שכפול פאג '-אך עדיין יש הרבה מה ללמוד על הפרטים כיצד הם עושים את זה. זה יהיה מרתק לראות לאן העבודה הזו מובילה אותנו הלאה."
