Naukowcy odkrywają tajemnice SPARDY, naturalnego mechanizmu obrony bakteryjnej, który może zrewolucjonizować badania genetyczne i diagnostykę. Podczas gdy CRISPR dominuje w dziedzinie edycji genów, SPARDA reprezentuje jeden z wielu niezbadanych w przyrodzie systemów o niewykorzystanym potencjale. Nowe badania pokazują, jak ten system „kamikadze” działa na poziomie molekularnym, otwierając drzwi do bardziej wszechstronnych narzędzi biotechnologicznych.
Bakteryjne układy odpornościowe: więcej niż CRISPR
CRISPR to nie jedyna gra w mieście. Bakterie rozwinęły ogromną różnorodność systemów obronnych, aby chronić się przed wirusami (fagami) i obcym DNA, takim jak plazmidy. SPARDA (skrót od prokariotycznego Argonaute, związanego z DNazą) to jeden z takich systemów, znany z radykalnego podejścia: niszczenia zakażonych komórek i inwazji na informację genetyczną, aby zapobiec dalszemu rozprzestrzenianiu się. Do czasu niedawnych badań SPARDA była rozumiana jedynie w kategoriach ogólnych.
Jak działa SPARDA: molekularne poświęcenie
Naukowcy wykorzystali analizę białek AI (w szczególności AlphaFold firmy DeepMind) do mapowania struktury białek SPARDA. System opiera się na białkach Argonaute, nazwanych tak ze względu na ich podobieństwo do macek ośmiornicy ze względu na ich kształt. Białka te, występujące we wszystkich formach życia, zawierają krytyczny „region aktywujący” zwany *przekaźnikiem beta.
Kiedy SPARDA wykryje zagrożenie, przekaźnik beta zmienia kształt, aktywując białko. Aktywowane białka łączą się następnie w spiralne łańcuchy, które bez rozróżnienia tną pobliskie DNA, skutecznie zabijając komórkę gospodarza, ale zatrzymując infekcję w zarodku. Jest to środek ochrony stosowany w ostateczności, stosowany tylko w przypadku pewności infekcji.
SPARDA kontra CRISPR: uniwersalny adapter
Kluczową zaletą SPARDY jest jej elastyczność. Obecne narzędzia diagnostyczne CRISPR wymagają do działania określonych sekwencji DNA (sekwencji PAM), podobnie jak wtyczka wymagająca odpowiedniego złącza. Jednakże SPARDA nie potrzebuje tych sekwencji PAM.
Oznacza to, że SPARDA może działać jako „uniwersalny adapter” do diagnostyki DNA, czyniąc testy bardziej dokładnymi i wszechstronnymi. Zamiast ograniczać się do celów o określonych sekwencjach flankujących, SPARDA można zaprojektować tak, aby reagowała na dowolny materiał genetyczny – taki jak wirusy grypy lub SARS-CoV-2 – z większą niezawodnością.
Przyszłe konsekwencje
Bardzo dokładny system rozpoznawania SPARDA sprawia, że idealnie nadaje się do zastosowań diagnostycznych. Zmieniając przekaźnik beta, naukowcy mogą stworzyć narzędzia, które reagują tylko na określone sekwencje genetyczne, oferując skuteczniejszą i łatwiejszą do dostosowania alternatywę dla obecnych metod CRISPR. Odkrycie to podkreśla ogromny potencjał drzemiący w bakteryjnych układach odpornościowych, czekający na uwolnienie do zastosowań biotechnologicznych.
To badanie przypomina, że zestaw narzędzi natury jest znacznie bogatszy, niż wcześniej sądzono. Możliwość wykorzystania tych niezbadanych systemów może prowadzić do przełomów w diagnostyce, edycji genów i nie tylko.
