Agenti di sicurezza batteriche vanno canaglia

Maggio 4, 2016 Admin Salute 0 0
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CRISPR, un sistema di geni che i batteri utilizzano per difendersi contro virus, è stato trovato per essere coinvolto per aiutare alcuni batteri eludere il sistema immunitario dei mammiferi.

I risultati sono previsti per la pubblicazione Domenica 14 Aprile in natura.

CRISPR è esso stesso una sorta di sistema immunitario per i batteri. La sua funzione è stato scoperto da ricercatori del settore lattiero-caseario che cercano di evitare che fagi, virus che infettano i batteri, di rovinare le colture usate per fare il formaggio e lo yogurt. Batteri incorporano piccoli frammenti di DNA da fagi nella loro regione CRISPR e utilizzare tali informazioni per combattere i fagi masticando il loro DNA.




Ora gli scienziati presso la Divisione di Malattie Infettive della Facoltà di Medicina e della Emory Vaccine Centro Emory University hanno dimostrato che Francisella novicida, un parente stretto del batterio che causa la tularemia, e un altro batterio che causa la meningite, ha bisogno di parti del sistema di CRISPR rimanere infettive. F. novicida, che cresce nelle cellule di mammifero, impiega parti CRISPR, scompare un gene batterico che altrimenti attivare il rilevamento e la distruzione dei batteri dal suo ospite.

Perché disabilitazione CRISPR crea un ceppo batterico indebolito che è facilmente riconoscibile per il sistema immunitario, la scoperta potrebbe accelerare lo sviluppo di vaccini. Ma è anche un promemoria più ampio che in biologia, gli strumenti di difesa possono essere cooptati per scopi di stealth.

"sistemi CRISPR sono difese batteriche, ma abbiamo scoperto che i batteri possano usarli in modo offensivo per nascondersi dal sistema immunitario dell'ospite e causare la malattia", dice David Weiss, PhD, assistente professore di medicina (malattie infettive) alla Emory University School of Medicine e Yerkes Nazionale Primate Research Center.

Il CRISPR (cluster regolarmente intervallate brevi palindromo Repeats) sistema ha attirato recentemente l'attenzione tra gli scienziati per le sue possibilità di utilizzo di ingegneria genetica e biotecnologia, ma i suoi ruoli nella regolazione genica e di eludere l'immunità di accoglienza sono rimaste relativamente inesplorate, dice Weiss.

Weiss primo isolato ceppi di F. novicida che avevano difetti nei loro sistemi CRISPR mentre lavorava come postdoc con Denise Monack a Stanford. F. novicida infetta roditori e solo raramente infetta gli esseri umani. Si tratta di un modello per lo studio della F. tularensis più pericoloso, una potenziale arma biologica. Weiss era alla ricerca di geni F. novicida che sono importanti per la virulenza: causare la malattia in un animale vivo.

Curiosamente, trovò una sequenza di DNA che è stato recentemente dimostrato per codificare una proteina del sistema CRISPR. Quello che stavano facendo in F. novicida durante l'infezione era un puzzle.

"Le mutazioni hanno un forte effetto di batteri", spiega Weiss. "Il tipo di selvaggio ucciderà topi, mentre i mutanti sono sradicate dopo un paio di giorni. Ma perché i batteri hanno bisogno per difendersi da DNA estraneo a causare la malattia in un topo? Non aveva senso."

I ricercatori hanno scoperto che i batteri richiedono uno dei geni CRISPR di spegnere la produzione di una lipoproteina - parte della membrana cellulare batterica - quando i batteri infettare cellule di mammifero. Per le cellule immunitarie, lipoproteine ​​è come il sangue in acqua per uno squalo. Un piccolo soffio li eccita. Così per i batteri di sopravvivere inosservato, devono mettere a tacere la produzione delle lipoproteine.

Lavorare con Weiss, studente laureato Tim Sampson - che è il primo autore della carta della natura -dissected che sono stati necessari parti del sistema CRISPR per spegnere il lipoproteine. Il sistema è composto da CRISPR geni codificanti diverse proteine ​​e incorpora anche piccoli frammenti di DNA da fagi come "ripete" nel DNA batterico. RNA prodotta dalle ripetizioni guida un enzima chiamato Cas9 di tagliare il DNA del fago.

Sampson e Weiss hanno scoperto che parte del sistema F. novicida CRISPR fa un RNA che dirige Cas9 contro il gene lipoproteine. Weiss dice che il sistema normativo Cas9 permette F. novicida di regolare lungo la lipoproteina efficiente nei momenti in cui il rilevamento potrebbe essere dannoso, pur mantenendo in giro per la sua funzione - ancora poco chiaro - quando i batteri sono fuori dell'ospite.

"La scoperta che Cas9 regolamenta un gene batterico piuttosto che tagliando un gene fago sembra essere nuovo, anche se c'erano già alcuni suggerimenti che CRISPRs avevano funzioni più ampie in altri batteri", spiega Sampson.

Per dimostrare che i loro risultati non sono stati peculiare F. novicida, i ricercatori hanno collaborato con il laboratorio di Yih-Ling Tzeng, PhD, assistente professore di medicina (malattie infettive) a Emory. Hanno generato un ceppo di Neisseria meningitidis - una causa di infezioni meningite nell'uomo - con una delezione in Cas9. Il ceppo visualizzata difetti mutato nella sua capacità di aderire, invadere e replicarsi nelle cellule umane. Questo suggerisce che le funzioni simili per Cas9 e CRISPR possono essere trovati in altri batteri.

"La maggior parte dei batteri che codificano Cas9 sono o patogeni, o possono comunemente trovare nel corpo umano", dice Sampson. "Penso che i nostri risultati possano incoraggiare altri scienziati a rivedere le funzioni di Cas9 e CRISPR in altri batteri, a guardare le interazioni con l'ospite."

Ad esempio, alcuni batteri Streptococcus e Listeria hanno sistemi CRISPR simili, ma ogni funzione potenziale nel causare malattie negli esseri umani non è stato rivelato. Weiss e Sampson intendono approfondire come funziona Cas9 scompare il gene lipoproteine ​​in F. novicida e come Cas9 si attiva.

Sampson è uno studente in corso di laurea di Emory Microbiologia e Genetica Molecolare.

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