А́нти-CRISPR (
бактериофаги (как
бактерий, так и
архей) противостоят разрушительному действию систем
CRISPR/Cas. Системы анти-CRISPR описаны у многих бактериофагов. Белки этих систем в большинстве случаев мешают процессу узнавания мишени и работе белков Cas. Системы анти-CRISPR могут иметь
биотехнологическое значение, поскольку могут применяться для тонкой регуляции
редактирования генома с помощью технологии CRISPR/
Cas9.
История изучения
До открытия анти-CRISPR был известен только один способ, с помощью которого фагам удается избежать разрушения системой CRISPR/Cas, — приобретение
плазмидах и конъюгативных островках этой бактерии
[1].
цикла фага. Белок Aca1 имеет структурный
мотив «спираль—поворот—спираль», часто встречающийся среди транскрипционных факторов. Чтобы установить, кодирует ли исследуемый участок генома бактериофага белки анти-CRISPR, учёные проверяли наличие сразу за ним гена, кодирующего белок с мотивом «спираль—поворот—спираль». С помощью такого подхода белки анти-CRISPR, действующие против систем I типа, открыли у бактериофагов разнообразных
протеобактерий. Тот же подход привел к открытию анти-CRISPR, нарушающих работу систем II типа
[1][2].
Недавно создали базу данных белков анти-CRISPR — antiCRISPRdb, — в которой любой желающий может найти известную информацию об интересующем белке анти-CRISPR[3].
Механизм действия
Сегодня известно 22
семейства белков анти-CRISPR. Их объединяет лишь малый размер (от 50 до 150 аминокислотных остатков), они не имеют какого-либо общего мотива и ни один из них не похож на какой-либо белок с известной функцией. Поэтому предположить механизм действия анти-CRISPR с помощью биоинформатики оказалось невозможным. Пока удалось установить механизм действия шести белков анти-CRISPR с использованием
генетического,
биохимического и структурного подходов. Теоретически, белки анти-CRISPR могут влиять на работу CRISPR/Cas на нескольких этапах
[1]. Они могут:
- препятствовать вставке новых фрагментов чужеродной ДНК в геном микроорганизма;
- нарушать синтез белков Cas;
- блокировать образование направляющей
РНК
;
- препятствовать сборке активного
комплекса белков
Cas с РНК;
- мешать связыванию комплекса с чужеродной ДНК;
- блокировать способность комплекса к разрезанию ДНК-мишени.
На данный момент описано действие белков анти-CRISPR по двум последним сценариям. Например, белки AcrF1 и AcrF2 присоединяются к комплексу белков Cas и РНК, не давая ему связываться с чужеродной ДНК. Белок AcrF3 взаимодействует с белком Cas3, обладающим
хеликазной и
нуклеазной активностями, и не дает ему присоединиться к комплексу других белков Cas и РНК, уже связавшему ДНК-мишень. AcrIIC1 связывается с нуклеазным доменом белка Cas9 (единственного белка Cas в системах II типа), не давая ему разрезать ДНК
[1].
Некоторые белки анти-CRISPR активны против нескольких систем CRISPR/Cas. Например, белки анти-CRISPR, действующие против систем типа II-A, подавляют работу гомологичных белков Cas9, аминокислотные последовательности которых схожи лишь на 53 %[1][2].
Эволюционное значение
Недавние исследования показали, что одних только точечных мутаций бактериофагам недостаточно, чтобы избежать действия CRISPR/Cas. Фагу необходимо иметь, по крайней мере, один ген анти-CRISPR, чтобы избежать полного уничтожения при совместном культивировании с бактериями с активными системами CRISPR/Cas. По-видимому, столь сильный
мутации, делающие их нефункциональными. Биоинформатический анализ систем CRISPR/Cas различных бактерий показал, что около 12 % из них нефункциональны из-за утраты генов
cas или вредных мутаций в них. Экспериментально продемонстрировали, что в условиях, когда приобретение чужеродной ДНК выгодно, бактерии могут вообще целиком терять систему CRISPR/Cas
[2].
Биотехнологическое значение
На данный момент известны белки анти-CRISPR, подавляющие работу Cas9 бактерии .
Примечания
Ссылки
