התפקיד העיקרי של מערכות CRISPR-Cas, הכלי המהפכני שמדענים משתמשים כעת לעריכת גנים, הוא להגן על חיידקים מפני איומים כמו וירוסים הנקראים בקטריופאג'ים. החוקרים המשיכו לחקור את כל הטעמים של מערכות CRISPR-Cas (עד היום זוהו 2 מחלקות, 7 סוגים ו-46 תת-סוגים) כדי להבין את כל היכולות שלהן.
מאמר חדש מהמעבדה של יאן ג'אנג, Ph.D., פרופסור חבר לכימיה ביולוגית ומיקרוביולוגיה ואימונולוגיה בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת מישיגן, עמיתיה ומשתפי הפעולה שלה חושפים תכונה שלא הייתה מזוהה קודם לכן של מערכת CRISPR-Cas מסוג I בחיידק Neisseria: נוכחות של גן חסינות מולדת משובץ נוסף.
הקבוצה מצאה שאור ירח מסוג I CRISPR כמנהל לווסת את הביטוי של מערכות ההגנה המובנות הללו.
הממצא העיקרי שלנו כאן הוא שניתן לארגן מערכות הגנה נגד חיידקים נגד פאג'ים בהיררכיה רגולטורית מרובדת.
במקרה שלנו, CRISPR-Cas פועלת כמפקד עליון המווסת את ההדחקה והדיכוי של גנים מולדים אחרים של מערכת ההגנה החבויה במוקד CRISPR-Cas."
יאן ג'אנג, Ph.D., פרופסור חבר לכימיה ביולוגית ומיקרוביולוגיה ואימונולוגיה, בית הספר לרפואה של אוניברסיטת מישיגן
המחקר, בהובלת משותפת של ד"ר מינג לי מהמכון למיקרוביולוגיה, האקדמיה הסינית למדעים, מתפרסם בכתב העת טֶבַע.
בנסיבות טיפוסיות, ייצורם של גני ההגנה הללו צריך להישמר, הסביר ג'אנג, מכיוון שהפעלתם כרוכה במחיר וחונק את הצמיחה של החיידקים. דיכוי כזה מושג על ידי קשירה של קומפלקס CRISPR-Cas לרצפי המקדמים של גני ההגנה כמחסום ומניעת שעתוק שלהם.
"CRISPR הוא קו ההגנה הקדמי במהלך זיהומי פאג'ים, אבל כאשר CRISPR פגום או מנותק בדרך כלשהי, הוא מעלה את ההדחקה, מה שמוביל לפרץ של ייצור של מערכות ההגנה המולדות כנשק גיבוי כדי לחסל את הפאג'ים", הסביר ג'אנג.
לפאג'ים, כמובן, יש טריקים משלהם לעקוף את הגנת CRISPR, כולל שימוש במעכב פפטיד שנועד להשבית את מכונות ה-Cas. עם זאת, מול היררכיית ההגנה המרובדת הזו, מעכב Cas כבר לא מספיק כדי להציל את הפאג' מכיוון שהוא מפעיל את שחרור הגנות הגיבוי שיכולות להרוג את הפאג'ים, אומר ג'אנג.
ניתן למנף את ההבנה החדשה הזו של חסינות נגד חיידקים בכמה דרכים, היא מוסיפה. ראשית, עבור תעשיות שמשתמשות בחיידקים, כמו יצרני יוגורט, מוצרים מותססים או דלק ביולוגי, תובנות אלו יכולות לעזור להנדס זני חיידקים קשים יותר ועמידים לפאג'ים. שנית, זה יכול לסייע בפיתוח של טיפול בפאג'ים.
"כדי ליצור טיפולי פאג'ים טובים יותר שהורגים פתוגנים חיידקיים עמידים לאנטיביוטיקה, עלינו להבין אילו מערכות הגנה נסתרות עשויות להיות שם, כדי שנוכל להנדס את הפאג'ים כדי להערים עליהם".
עבודה זו מתבססת על ה נייסריה גנטיקה ופאג' פלטפורמות שהוקמה על ידי הפוסט-דוקטורט לשעבר Xufei Zhou, Ph.D. ודוקטורנט נוכחי. הסטודנט שין לי במעבדת ג'אנג, מה שמאפשר ללמוד את החשיבות הפיזיולוגית של ויסות זה במארח יליד.
"זה היה שיתוף פעולה נעים באמת", מוסיף ג'אנג, וזוכה לזכותו של לי ולחברי הצוות שלו על "יזום הפרויקט הזה, הזמנתנו לשתף פעולה והניעו היבטים מרכזיים רבים של הגילוי."
