Ученые могут идентифицировать патогенные гены с помощью генной инженерии. Это включает добавление искусственной ДНК в бактериальную клетку. Однако проблема в том, что бактерии развили сложные системы защиты для защиты от чужеродных злоумышленников, особенно от чужеродной ДНК. Современные подходы к генной инженерии часто маскируют созданную человеком ДНК под бактериальную ДНК, чтобы помешать этой защите, но этот процесс требует очень специфических модификаций, дорог и требует много времени.
В статье, недавно опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, доктор. Кристофер Джонстон и его коллеги из Института Форсайта описывают новый метод генетической инженерии бактерий, делающий созданную человеком ДНК невидимой для защиты бактерий. Теоретически метод применим практически к любому типу бактерий.
Джонстон – научный сотрудник отдела вакцин и инфекционных заболеваний в Онкологическом исследовательском центре Фреда Хатчинсона и ведущий автор статьи.
Он сказал, что когда бактериальная клетка обнаруживает, что в нее проникла чужеродная ДНК, она быстро уничтожает нарушителя. Бактерии живут под постоянной угрозой нападения вируса, поэтому они разработали невероятно эффективную защиту от этих угроз.
Проблема, как объяснил Джонстон, заключается в том, что, когда ученые хотят поместить в бактерии ДНК, созданную человеком, они сталкиваются с теми же системами защиты, которые защищают бактерии от вируса.
Чтобы преодолеть этот барьер, ученые добавляют определенные модификации, чтобы замаскировать созданную человеком ДНК и обмануть бактерию, заставляя думать, что злоумышленник является частью ее собственной ДНК. Этот подход иногда работает, но может потребовать значительного времени и ресурсов.
Стратегия Джонстона другая.
Вместо того, чтобы маскировать созданную человеком ДНК, он удаляет определенный компонент ее генетической последовательности, называемый мотивом. Система защиты бактерий нуждается в наличии этого мотива для распознавания чужеродной ДНК и проведения эффективной контратаки.
Удалив этот мотив, созданная человеком ДНК становится практически невидимой для защитной системы бактерии.
"Представьте себе бактерию, как вражескую подводную лодку в сухом доке, и созданный человеком генетический инструмент как вашего солдата, которому нужно проникнуть внутрь подводной лодки для выполнения конкретной задачи.
Нынешние подходы будут похожи на то, что замаскируют шпиона под вражеского солдата, заставят их подходить к воротам, позволят охранникам проверить их учетные данные, и, если все пойдет хорошо, они окажутся внутри ", – сказал Джонстон. "Наш подход состоит в том, чтобы сделать этого солдата невидимым и заставить его прокрасться прямо через ворота, полностью уклоняясь от охраны."
Этот новый метод требует меньше времени и меньше ресурсов, чем существующие методы. В своем исследовании Джонстон использовал в качестве модели бактерии Staphylococcus aureus, но разработанную им базовую стратегию можно использовать, чтобы проскользнуть мимо этих основных защитных систем, которые существуют у 80-90 процентов известных сегодня бактерий.
Этот новый инструмент генной инженерии открывает возможности для исследований бактерий, которые ранее не были хорошо изучены. Джонстон объяснил, что поскольку у ученых ограниченное количество времени и ресурсов, они, как правило, работают с бактериями, которые уже проникли в организм.
С помощью этого нового инструмента был устранен основной барьер для проникновения в ДНК бактерий, и исследователи могут использовать этот метод для создания более клинически значимых бактерий.
«Бактерии – движущие силы нашей планеты», – сказал д-р. Гэри Бориси, старший научный сотрудник Института Форсайта и соавтор статьи. "Способность создавать бактерии имеет огромное значение для медицины, сельского хозяйства, химической промышленности и окружающей среды."
Этому исследованию способствовала награда директора NIH за трансформационные исследования (R01OD024734), присужденная исследовательской группе в 2017 году Национальным институтом стоматологических и черепно-лицевых исследований (NIDCR).