Вчені розкривають секрети SPARDA, природного бактеріального захисного механізму, який може зробити революцію в генетичних дослідженнях і діагностиці. Хоча CRISPR домінує в галузі редагування генів, SPARDA представляє одну з багатьох недосліджених систем у природі з невикористаним потенціалом. Нове дослідження показує, як ця система «камікадзе» працює на молекулярному рівні, відкриваючи двері для більш універсальних біотехнологічних інструментів.
Бактеріальна імунна система: за межами CRISPR
CRISPR — не єдина гра в місті. Бактерії розробили величезну різноманітність систем захисту, щоб захистити себе від вірусів (фагів) і чужорідної ДНК, наприклад плазмід. SPARDA (скорочення від prokaryotic Argonaute, пов’язана з ДНКазою) є однією з таких систем, відомих своїм радикальним підходом: знищення інфікованих клітин і вторгнення в генетичну інформацію для запобігання подальшому поширенню. До недавніх досліджень SPARDA розумівся лише в загальних рисах.
Як працює SPARDA: молекулярна самопожертва
Дослідники використовували аналіз протеїнів штучного інтелекту (зокрема AlphaFold від DeepMind), щоб відобразити структуру білків SPARDA. Система базується на білках Argonaute, названих так через їхню схожість із щупальцями восьминога завдяки своїй формі. Ці білки, які зустрічаються в усіх формах життя, містять важливу «активуючу область», яка називається *бета-реле.
Коли SPARDA виявляє загрозу, бета-реле змінює форму, активуючи білок. Потім активовані білки збираються в спіральні ланцюги, які без розбору розрізають будь-яку сусідню ДНК, ефективно вбиваючи клітину-господаря, але зупиняючи інфекцію в зародку. Це крайній захід захисту, який використовується, лише якщо ви впевнені в зараженні.
SPARDA проти CRISPR: універсальний адаптер
Ключовою перевагою SPARDA є її гнучкість. Для роботи сучасних діагностичних інструментів CRISPR потрібні певні послідовності ДНК (послідовності PAM), як штекер, який потребує відповідного роз’єму. Однак SPARDA не потребує цих послідовностей PAM.
Це означає, що SPARDA може діяти як «універсальний адаптер» для ДНК-діагностики, роблячи тести більш точними та універсальними. Замість того, щоб обмежуватися цілями з певними фланкуючими послідовностями, SPARDA може бути розроблена для відповіді на будь-який цікавий генетичний матеріал, наприклад віруси грипу або SARS-CoV-2, з більшою надійністю.
Майбутні наслідки
Високоточна система розпізнавання SPARDA робить її ідеальною для діагностичних програм. Змінюючи бета-реле, вчені можуть створювати інструменти, які реагуватимуть лише на певні генетичні послідовності, пропонуючи більш ефективну та адаптовану альтернативу поточним методам CRISPR. Це відкриття підкреслює величезний потенціал, прихований у бактеріальних імунних системах, який чекає свого розкриття для біотехнологічних застосувань.
Це дослідження є нагадуванням про те, що інструментарій природи набагато багатший, ніж вважалося раніше. Здатність використовувати ці недосліджені системи може призвести до проривів у діагностиці, редагуванні генів тощо.
