|
|
микра призентация. Иммунная система бактерий и архей ДавааСамбуу Ян Сергеевич Проверил к м. н., доцент Воробьева О. Н
Иммунная система бактерий и архей
Выполнил:Даваа-Самбуу Ян Сергеевич Проверил: к.м.н., доцент Воробьева О.Н.
Актуальность темы
Актуальность данной темы заключается в том, что одна из систем бактериального иммунитета, а именно система, основанная на «запоминании» патогенов. Устойчивость к повторным инфекциям приобретается в результате включения в состав CRISPR-кассет коротких последовательностей, спейсеров, комплементарных участкам соответствующих вирусных или плазмидных геномов. - Рост CRISPR-кассет имеет направленный характер, а состав и порядок спейсеров является уникальным отпечатком эволюции взаимоотношений между прокариотами и их вирусами в определённых экосистемах. Сейчас активно изучается и разрабатываются методики для применения её в генетике для геномного редактирования и лечения наследственных болезней
Бактерии и археи
- Бактерии (греч. bakterion — палочка), большая группа микроскопических, преимущественно одноклеточных организмов, обладающих клеточной стенкой, содержащих много дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), имеющих примитивное ядро, лишённое видимых хромосом и оболочки, не содержащих, как правило, хлорофилла и пластид, размножающихся поперечным делением (реже перетяжкой или почкованием).
- Археи – это домен одноклеточных микроорганизмов. Они являются экстремофилами, способными выжить в экстремальных условиях, в которых не выжил бы ни один другой организм.
Ключевые отличия бактерий и архей
- Клеточные стенки и липиды мембран (жирные кислоты) бактерий и архей состоят из различных химических веществ;
- Многие виды бактерий могут выполнять фотосинтез (генерировать кислород из солнечного света), в то время как археи не могут;
- Жгутики архей и бактерий устроены по-разному;
- Археи размножаются путем деления, в то время как некоторые бактерии производят споры;
- Химический состав ДНК и РНК архей и бактерий сильно отличаются;
- Хотя некоторые бактерии являются патогенными (вызывают заболевание), археи не являются патогенными.
Но все же есть и сходство, такое как CRISPR — это CRISPR — это система адаптивного иммунитета прокариот. Эта система свойственна как для бактерий, так и для архей.
Основные элементы CRISPR-кассет
- CRISPR-система состоит из двух принципиальных компонентов: CRISPR-кассет и Cas белков. Каждая функциональная кассета содержит элементы трёх типов: лидерную последовательность, спейсеры и повторы .
- CRISPR-локус состоит из лидерной последовательности, задающей направление транскрипции CRISPR-кассеты, коротких палиндромных повторов и участков уникальной ДНК – спейсеров. Лидерные последовательности, ответственные за регуляцию транскрипции CRISPR-кассет и, следовательно, за функционирование всей CRISPR/Сas-системы.
- В непосредственной близости от CRISPR-кассет находятся локусы cas-генов. Кодируемые ими Сas-белки содержат функциональные домены, обеспечивающие различные взаимодействия белков с нуклеиновыми кислотами, что способствует реализации молекулярных механизмов адаптивного иммунитета.
Механизм работы CRISPR/Cas-систем
Работу систем CRISPR-Cas можно разделить на три этапа:
- Адаптация – процесс, в результате которого формируются новые спейсеры;
- Экспрессия криспрРНК (от англ. crisprRNA) – транскрипция прекрРНК с последующим процессингом коротких криспрРНК, нацеленных на определенную мишень в чужеродной ДНК,
- Интерференция – процесс деградации ДНК [8] или РНК [23], содержащей протоспейсер, комплементарный спейсеру.
В процессе адаптации осуществляется выбор нового спейсера и его интеграция в CRISPR-кассету. Маркером протоспейсера в чужеродной ДНК является короткий прилегающий мотив – PAM [25], позволяющий CRISPR/Casсистеме бактерий отличить собственную ДНК от чужеродной. Транскрипция CRISPRлокуса, в результате которой образуется длинная некодирующая пре-криспрРНК, в состав которой входят множественные повторы и спейсеры. В результате процессинга первичного транскрипта образуются короткие зрелые криспрРНК, каждая из которых содержит один спейсер Интерференция: зрелая криспрРНК вместе с белками Cas формирует эффекторный комплекс, который распознает последовательность протоспейсера в чужеродной ДНК или РНК за счет образования комплементарных пар между мишенью и спейсером криспрРНК. Классификация CRISPR/Cas-систем
- CRISPR-Сas системы подразделяются на три основных типа (I, II, III) — по составу cas-локусов . Гены cas1 и cas2 являются универсальными:Cas2 кодирует гомолог токсина — мРНК интерферазу.
CRISPR-Сas системы I типа
- Типичный cas-локус I типа содержит ген cas3, кодирующий хеликазу.
- Эффекторные комплексы построены из белков суперсемейства RAMP, а именно — семейств Cas5, Cas6 и Cas7 .
- Основным компонентом Cascade-подобного комплекса является эндорибонуклеаза RAMP (Cas6, Cas6e, Cas6f) суперсемейства, катализирующая превращение молекулы первичного РНК-предшественника в зрелые молекулы crРНК.
- Мишенью для CRISPR-Сas систем I типа служит ДНК. HD-нуклеазный домен белка Cas3 катализирует рестрикцию чужеродной ДНК.
CRISPR-Сas системы II типа
- Характерным белком cas-локусов этого типа является белок Cas9, участвующий в созревании crРНК, а также разрезании чужеродной ДНК. Cas9 содержит, по меньшей мере, два нуклеазных домена
- Для CRISPR-Сas системы II типа S. thermophilus активность в отношении плазмидной и фаговой ДНК продемонстрирована in vivo.
- Системы II типа реализуют необычный механизм разрезания предшественника crРНК, в ходе которого формируется дуплекс между короткой трэйсерной РНК (tracРНК) и частью повтора внутри предшественника crРНК.
CRISPR-Сas системы III типа
- CRISPR-Сas системы III типа содержат гены полимераз и RAMP белков, которые участвуют в созревании crРНК, аналогично комплексам типа Cascade, характерных для I-E подтипа.
- Мишенями для CRISPR-Сas систем III-A типа может служить плазмидная ДНК.
- Эндорибонуклеаза Cas6 является маркерным белком всех cas-локусов III типа. Многие cas-опероны III типа не содержат генов cas1-cas2. Во всех подобных случаях в геноме присутствует дополнительный CRISPR-локус (I или II типа), содержащий данные гены.
Иммунный ответ
- CRISPR-системы нейтрализуют фаговые инфекции, предотвращают трансформацию плазмидами, нарушают процесс лизогенизации, а также индукцию профагов.
- При выполнении иммунной функции CRISPR, происходит узнавание и уничтожение чужеродной ДНК (или РНК).
Молекулярный сценарий разрушения чужеродной ДНК при помощи CRISPR-Сas системы складывается из следующих этапов:
1.Рибонуклеопротеиновый комплекс (Cascade + crРНК) сканирует чужеродную ДНК в поисках PAM-мотивов и якорных областей.
Аутоиммунитет
- Наличие спейсеров к геномной ДНК хозяина может представлять опасность для клетки, так как заставляет CRISPR-систему работать по аутоиммунному сценарию, то есть разрушать собственную ДНК. Такие спейсеры могут появляться в результате ошибок работы белковых комплексов, обеспечивающих добавление новых спейсеров. Предполагают, что CRISPRсистема может отличать свою ДНК от чужеродной благодаря PAM-последовательностям: протоспейсеры в вирусной (или плазмидной) ДНК расположены рядом с PAM-мотивами, в геномной ДНК клетки в норме PAM-мотивов содержаться не должно.
Спасибо за внимание!
|
|
|
Скачать 1.44 Mb.