کشف سیستم دفاعی پنهان باکتری‌ها: سلاح جدیدی علیه ویروس‌ها؟

باکتری‌ها برای دفاع از خود در برابر ویروس‌ها (فاژها)، زرادخانه‌ای از سیستم‌های ایمنی دارند. محققان اکنون ساختار و عملکرد اولین رترونی را کشف کرده‌اند که یک سیستم دفاعی موجود (ضد فاژ) را برای تقویت دفاع خود به کار می‌گیرد.

قهرمان جدید: رترون Ec78 و ساز و کار دفاعی 

• رترون چیست؟ رترون‌ها قطعاتی از DNA هستند که یک توالی کوتاه DNA تک‌رشته‌ای به نام msDNA تولید می‌کنند. این msDNA کلید فعال شدن یک سیستم دفاعی است.
• نوآوری در Ec78: این رترون برخلاف نمونه‌های قبلی، با یک سیستم ضد فاژ به نام PtuAB همراه می‌شود.
• سازوکار خاموش/روشن: پروتئین PtuAB به طور معمول فعالیت تخریب‌کننده دارد (با مصرف ATP). اما در رترون Ec78، ترکیبی سه‌گانه (RT-ncRNA-msDNA) این پروتئین را خنثی و کنترل می‌کند.
• هشدار و تخریب: وقتی این مجموعه سه‌گانه توسط حمله فاژ جابجا می‌شود، PtuAB فعال شده و به طور گسترده میزبان را محدود کرده و رشد آن را متوقف می‌کند.

تکامل هوشمندانه پروتئین‌ها 

• مهندسی طبیعی: PtuAB در Ec78 سه عنصر پروتئینی جدید به دست آورده است (مثل یک زائده N-terminal و لوپ‌های مثبت شارژ شده) تا بتواند با msDNA و ncRNA تعامل کند.
• نتیجه تکامل: این تکامل باعث شد PtuAB نتواند به یک ساختار شبیه به التهاب‌زا (inflammasome-like) تبدیل شود (که در نمونه‌های بدون رترون دیده می‌شود)، بلکه کنترل عملکرد خود را به مجموعه RNA/DNA بسپارد.

تفاوت‌های کلیدی در ساختار RT

• RT (آنزیم رونوشت‌بردار معکوس): بخش کلیدی رترون که msDNA را از ncRNA الگو می‌گیرد.
• ساختار منحصربه‌فرد: RT در Ec78 فاقد هلیکس N-terminal است (که در RTهای دیگر باعث دیمرسازی می‌شود). این باعث می‌شود RT رترون Ec78 به صورت مونومر عمل کند.
• جزئیات دقیق: یک لوپ مثبت شارژ شده و بلند در RT رترون Ec78 نقش حیاتی در تثبیت و بیوژنز msDNA دارد. جهش در این لوپ، تولید msDNA را مختل و باعث سمیت در سلول می‌شود.

از دفاع باکتریایی تا ویرایش ژن انسان 

کشف مکانیسم‌های دقیق رترون‌ها و ساختار RT در آن‌ها، نه تنها درک ما از سیستم ایمنی باکتری‌ها را افزایش می‌دهد، بلکه مستقیماً به ابزارهای ویرایش ژن مدرن مربوط است.

استفاده از رترون در CRISPR:

• بهبود HDR: تولید منحصر به فرد msDNA توسط رترون‌ها می‌تواند به عنوان DNA تک‌رشته‌ای الگو (Template) برای ترمیم همسان (HDR) در CRISPR-Cas9 استفاده شود. این روش از نمونه‌های مصنوعی کارآمدتر است.
• Prime Editing: RTهای رترون (مانند RT رترون Ec78) به دلیل حجم کوچک‌تر و کارایی بالا، به عنوان جایگزینی فشرده برای Prime Editing (مهندسی ژن با دقت بالا) استفاده می‌شوند.

منبع :

Structural basis for retron co-option of anti-phage ATPase-nuclease

 تخصص و اعتبار ما این اطمینان را به شما می‌دهد که در این مرزهای پیشرفته علم، با استفاده از بهترین ابزارها کار می‌کنید

برای پیاده‌سازی کارآمدترین روش‌های ویرایش ژن مبتنی بر  کریسپر، همین امروز از خدمات ویرایش ژن کریسپر ما دیدن کنید!