Найден способ блокировки быстрой эволюции бактерий

Может быть, бактерии и простейшие создания, но, в отличие от высших многоклеточных организмов, они обладают особенной способностью к эволюционному изменению. Когда дела идут совсем плохо, бактерии просто захватывают и инкорпорируют находящийся в окружающем пространстве бесхозный генетический материал, совершая мгновенную эволюцию. Это действо не требует долгого накопления и закрепления мутаций: всё происходит сразу, здесь и сейчас.

Данный тип мгновенной эволюции известен как горизонтальный перенос генов; это одна из основных причин того, почему столь неприятные для нас бактерии вроде пневмококка часто умудряются избегать атак иммунной системы и игнорировать присутствие антибиотиков.

Микробиологи из Университета Рокфеллера (США) нашли механизм, с помощью которого бактерии могут быть принуждены к «принятию» или «отторжению» чуждой ДНК, которую они инкорпорируют в свои геномы с помощью процесса, называемого «трансформацией». По словам учёных, практическое использование открытого механизма в медицинских целях позволит ограничивать или манипулировать бактериальной эволюцией.

Эксперимент на мышах показал, что колонии бактерий с повреждённым CRISPR (справа) не способны к захвату нужного гена для проведения инкапсуляции, как это обычно делают оригинальные бактерии (cлева). (Иллюстрация Rockefeller University.)

Сам по себе процесс «трансформации» — это последняя надежда бактерии на выживание, механизм, к которому микроорганизм прибегает только в самом крайнем случае, в отчаянной попытке выжить во враждебном окружении. В такие моменты бактерии принимаются инкорпорировать в свои хромосомы любой доступный генетический материал, который может быть обнаружен, без разбору, в надежде, что это позволит быстро эволюционировать прочь от опасности.

Учёные показали, что механизм РНК-интерференции CRISPR, обеспечивающий бактериям защиту от бактериофагов, может быть использован для блокирования «трансформации» в пневмококках. Для этого они заразили подопытных животных бактериями с изменённым механизмом CRISPR, не способным захватывать требуемые гены для создания полисахаридной инкапсуляции на поверхности бактерий (что необходимо для развития инфекции, причём сам ген был также, по-видимому, предварительно изъят), а затем добавили необходимый бактериям генетический материал в виде, удобном для захвата. Однако бактерии со сломанным CRISPR-механизмом не смогли провести необходимый захват и погибли под ударами иммунной системы.

Таким образом, полагают авторы работы, вмешательство в CRISPR может успешно заблокировать способность бактерий к захвату необходимых генетических последовательностей для проведения «трансформации».

Отчёт об открытии опубликован в журнале Cell: Host & Microbe.

Подготовлено по материалам Университета Рокфеллера.