Mokslininkai išmoko kaip padidinti mikrobų galimybę įgyti atmintį

Kai kurie mikrobai geba formuoti prisiminimus! Nors šis reiškinys yra retas, tačiau mokslininkams kartais kyla nepatogumų tyrinėjant įvairiausius procesus.

Rokfelerio universiteto mokslininkai su kolegomis iš Kalifornijos Berklio universiteto rado būdą, kaip bakterijas priversti žymiai dažniau koduoti prisiminimus. Jų atradimas buvo aprašytas 2016 m. gruodžio 22 d. žurnale Molecular Cell.

Vyresnysis autorius, bakteriologijos laboratorijos vadovas Luciano Marraffini tvirtina, jog CRISPR (angl. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) ir prisitaikanti imuninė sistema buvo aptiktos daugybėje bakterijų, o saugodami fragmentus savo DNR formuoja atmintį.
Tyrimų metu buvo nustatyta viena mutacija, kuriai įvykus, šimtą kartų padidėja bakterijų genetinės atminties dažnis lyginant su natūraliai aptinkamomis. Ši mutacija gali tapti galingu įrankiu darbui laboratorijose, kartu palengvinant DNR pagrindu veikiančių įrenginių sukūrimą, skirtą duomenų saugojimui.

Jei virusas, kurio informacija jau yra įrašyta bakterijų CRISPR sistemoje ir yra aptinkamas pakartotinai, fermentas, žinomas kaip Cas9, pasiunčiamas jo sunaikinti. Šios sistemos tikslumas turėjo didžiulę svarbą sukuriant įrankį genomo redagavimui, o mokslininkai toliau ieško kitų potencialių panaudojimo galimybių.

Šiems tyrimams komanda atsitiktinai pasirinko fermento Cas9 geną, ir nustatė, kad įvykus geno mutacijai bakterija daug lengviau įgyja genetinius prisiminimus. Esant normalioms sąlygoms ir paveikus 100 000 bakterijų ląstelių mirtinu virusu tik viena sugebės įgyti DNR fragmentą, kuris padės apsisaugoti nuo virusų per sekančią ataką. Ląstelėse turinčiose naująją mutaciją šis santykis padidėja iki 1/1000.

Mutacija greitai tapo naudinga beveik visiems projektams vykdomiems Marraffini laboratorijoje. Dirbant su mikrobais, kurių genetinė atmintis šiuo būdu buvo sustiprinta, bus siekiama surinkti daug daugiau duomenų apie įvairius CRISPR sistemos aspektus.

Gali būti ir daug kitų panaudojimo galimybių, tačiau dauguma dar tolimame tyrimų horizonte. Dalis sintezės biologų – mokslininkų, kurie projektuoja ir kuria naujus biologinius mechanizmus didžiausią dėmesį skiria būtent CRISPR panaudojimui, kaip sistemą, kurią galima pritaikyti informacijos apie neuronų aktyvumą, ląstelių atsako į aplinkos dirgiklius ar vėžinių ląstelių metastazavimo trajektoriją saugojimui. Nors daugelis kliūčių lieka už CRISPR sistemos ribų, tačiau atrastoji mutacija daro jį labiau realiu.

Šis atradimas taip pat užduoda klausimą: jei ši mutacija leidžia bakterijoms lengviau ir geriau apsiginti, kodėl jos neišvystė to natūraliai? Robert Heler, kuris yra pirmasis darbo autorius, aiškina, kad nors sistema gina ląsteles, ji gali suklysti ir vietoje virusų fragmentų įsisavinti šeimininko DNR fragmentus, kas vestų prie ląstelės susinaikinimo. Jei bakterijų ląstelės yra puolamos nepaprastai didelio kiekio virusų yra reikalaujama stipri CRISPR-Cas gynyba, o mikrobai be mutacijos turi panašų išlikimo koeficientą, nes jie yra žymiai mažiau linkę į šį savižudybės tipą.

Šaltinis: sciencedaily.com
Iš anglų k. vertė: Vygantas Martinaitis