Méregből immunrendszer
2020-ban Nobel-díjjal jutalmazták a génszerkesztő eszközként használható bakteriális immunrendszer, a CRISPR-Cas működési mechanizmusának megismerését, most a CRISPR-Cas gének evolúcióját tárta fel egy nemzetközi kutatócsoport.
Az idei kémiai Nobel-díjat Emmanuelle Charpentier és Jennifer A. Doudna kapta a CRISPR-Cas működési mechanizmusának feltárásáért és a mechanizmust felhasználó génszerkesztő technológia kifejlesztéséért. Ahogy a humán immunrendszer is emlékszik azokra a pathogénekre, amivel életünk során találkozunk, a baktériumok CRISPR-Cas rendszere is biztosítja, hogy a mikroorganizmusok gyorsan reagálni tudjanak azokra a vírusokra, amikkel korábban már kapcsolatba kerültek. A baktériumokban, továbbá (az eukarióták mellett) az élővilág harmadik ágát képező archaea-kban is széles körűen előforduló CRISPR-Cas rendszer memóriáját az biztosítja, hogy a mikroorganizmusok beépítenek kis mennyiségű virális DNS-t a genomjukba, a CRISPR-Cas-gének közé.
Most dán és egyesült államokbeli tudósok azt fedezték fel, honnan származik a CRISPR-Cas rendszernek az az eleme, ami az idegen, virális DNS-szakaszok bakteriális genomba építéséért felelős. A Ditlev E. Brodersen vezetésével végzett és a Structure című folyóiratban megjelent kutatás szerint az integrátor gén egy nagyon gyakori bakteriális géntípusból származik: egy olyan génből, ami eredetileg sejtmetabolizmust gátló toxint kódol.
A kutatók nyilatkozata szerint azt eddig is tudtuk, hogy a bakteriális toxingének már az élet kifejlődésének kezdeti szakaszában kialakultak (ilyen toxint használ többek között az emberre pathogénné váló H. influenzae), most pedig az derült ki, hogy a mikroorganizmusok az evolúció során legalább egyszer újrahasznosították ezeket a géneket, és más szituációban is képesek bevetni őket. A fertőzés kivédése érdekében bevetett toxingén felfedezése azt is lehetővé teheti, hogy a jövőben a betegségokozó baktériumokat átprogramozhatjuk, és rávehetjük őket arra, hogy CRISPR-Cas rendszerüket saját maguk ellen fordítsák.
Brodersen és kollégái egy másik munkájukban a mikroorganizmusok és a vírusok közötti fegyverkezési verseny egy olyan szakaszát írták le, amelyben egyelőre úgy tűnik, a vírusok állnak nyerésre. Izland 80-100 °C-os, savas termálvizeiben is élnek mikroorganizmusok (Sulfolobus islandicus névre keresztelt archaea-k), és ezek a mikroorganizmusok is kiépítették vírusellenes CRISPR-Cas rendszerüket. Azonban, mint a kutatók Nature Communications-ben megjelent tanulmányukban bemutatják, egy Sulfolobus islandicus-t támadó DNS-vírusnak sikerült ellenszert: egy CRISPR-rendszert blokkoló fehérjét kifejlesztenie. Az anti-CRISPR-fehérje az archaea CRISPR-Cas rendszerének legnagyobb proteinjéhez kötődve direkt módon akadályozza a vírus-DNS feldarabolását. Brodersen és munkatársai szerint bár elképzelhető, hogy az archaea a jövőben kifejleszt majd egy anti-anti-CRISPR-fehérjét, egyelőre azonban nem rendelkezik ilyennel.
