Ученые нашли сходство механизма защиты бактериальных клеток от фагов DRT10 (слева) и системы устойчивости хромосом человека и других эукариот (справа). В клетке схематически изображены хромосомы со светящимися теломерами на концах. Предполагается, что они могут обеспечить сопротивление клеток старению и злокачественному перерождению. Иллюстрация создана алгоритмом ChatGPT.
Обычные бактерии оказались хранителями древнего биологического механизма, который может пригодиться медицине будущего. Исследователи из Колумбийского университета обнаружили систему противовирусной защиты DRT10. Она не только помогает микробам бороться с вирусами, но и оказалась удивительно похожа на фермент, поддерживающий защиту хромосом человека.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature. Работа может открыть новые направления в генной инженерии и геронтологии.
Вместо молекулярных ножниц — переписывание ДНК
Система DRT10 (Defense-Associated Reverse Transcriptase 10) действует не так, как известный механизм CRISPR, который распознает определенные участки генетического материала и позволяет разрезать ДНК. В основе DRT10 лежит обратная транскриптаза — фермент, способный создавать ДНК на основе РНК.
Исследователи выяснили, что DRT10 использует РНК в качестве шаблона, чтобы производить длинную молекулу ДНК с повторяющимися последовательностями. Этот процесс участвует в защите бактерий от вирусов.
Необычный фермент обнаружили в группе белков, функции которых долго оставались загадкой. Аспирант Стивен Танг, работавший в лаборатории Колумбийского университета, изучал эти молекулярные механизмы и заметил, что DRT10 действует по принципу, напоминающему работу теломеразы.
Что общего у микроба и человеческой хромосомы
Теломераза поддерживает теломеры — защитные участки на концах линейных хромосом. Они помогают сохранять целостность генетического материала, а их укорочение связано со старением клеток. Поэтому сходство бактериального фермента с теломеразой заинтересовало ученых не только с точки зрения эволюции.
Команда уже использовала DRT10 для синтеза повторяющихся участков человеческой теломерной ДНК в клетках человека. Теперь исследователи выясняют, позволит ли такой подход замедлить клеточное старение и продлить период нормального функционирования клеток.
Есть и другое потенциальное направление — CAR-T-терапия, при которой иммунные T-клетки пациента генетически модифицируют, чтобы они активнее распознавали и атаковали опухоль. Ученые хотят проверить, поможет ли поддержание теломер дольше сохранять активность таких цитотоксических «санитаров».
Впрочем, до медицинского применения еще очень далеко: пока речь идет об исследовательских перспективах, а не о готовом способе омоложения или лечении рака.
Схематическое изображение антивирусного механизма DRT10 у бактерий, напоминающего стратегию защиты хромосом эукариот.Эволюционная загадка длиной в миллиарды лет
У открытия есть и фундаментальное значение. Сравнив эволюционное родство различных обратных транскриптаз, ученые обнаружили признаки общего происхождения бактериальных защитных ферментов и теломеразы. Это позволяет предположить, что способность создавать повторяющиеся последовательности ДНК появилась у общего предка задолго до возникновения сложных организмов.
В дальнейшем подобные молекулярные механизмы могли получить новую функцию — поддержание линейных хромосом, характерных для эукариот, к которым относятся животные, растения и грибы.
Таким образом, система, помогающая бактериям противостоять вирусам, может оказаться частью гораздо более древней истории клеточной жизни. И хотя превращать это открытие в обещание победы над старением пока рано, оно дает ученым новый инструмент для изучения того, как устроена и сохраняется наша ДНК.
Возможно, древние ферментативные возможности системы, подобной DRT10, были частью молекулярного механизма, необходимого для возникновения эукариотической ветви жизни, использующей другую линейную топологию хромосом. Я надеюсь, что открытие DRT10 приведет к ценным клиническим достижениям. Но еще для меня это впечатляющий взгляд назад на то, как развивалась жизнь.Сэмюэл Стернберг
Дополнительные материалы Hi-Tech Mail по теме
Недавно мы рассказывали, как микробы научились строить «приманку» из ДНК для защиты от вирусов.
Впрочем, последние тоже не сидят сложа руки и могут останавливать сборку белков в бактериальных клетках.
А особо «ушлые» бактерии наловчились использовать вирусы для уничтожения конкурентов и «курьерской доставки» собственной ДНК по окрестной микробиоте.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
