Neue anti-CRISPR-Proteine entdeckt, die im Boden und in den menschlichen Darm
Die neue Studie, veröffentlicht in Cell Host & Microbe darauf hin, dass einige anti-CRISPR-Proteine sind mehr in der Natur weit verbreitet, als zuvor angenommen. Diese anti-CRISPRs können potentiell verwendet werden, um die Regulation der Aktivität von CRISPR-Cas9 System besser in die Zukunft.
CRISPR-Systeme sind bakterielle Immunsystem, aktivieren Sie das Bakterium zu bekämpfen infizieren Viren (Phagen) in eine gezielte Art und Weise.
Durch Ihre Programmierbarkeit CRISPR-Systeme und insbesondere Cas9, werden derzeit weit verbreitet eingesetzt in der life-science-Industrie mit dem Potenzial für einen Durchbruch gen-Therapien, neue Antibiotika und malaria-Therapien.
Interessanterweise Phagen entwickelt haben anti-CRISPR-Proteine zu überwinden bakterielle CRISPR-Systeme in der evolutionären Wettrüsten zwischen Viren und Bakterien. Diese Proteine schnell hemmen die host-Bakterium das Abwehrsystem verlassen das Bakterium anfällig für Infektionen.
Trotz Ihrer großen biologischen Bedeutung, nur ein paar anti-CRISPR-Proteine entdeckt worden, die bisher in einer sehr spezifischen Teilmenge von Bakterien. Aktuelle anti-CRISPR-Proteine sind nicht reichlich in der Natur. und identifiziert wurden, durch die Untersuchung der DNA der Phagen waren in der Lage zu infizieren Bakterien beherbergen CRISPR-Cas9. Mit dieser Methode setzt man auf die Möglichkeit zur Kultivierung von Bakterien und Phagen, die in der Lage sind, zu infizieren und zu vermeiden, die überwachung des endogenen CRISPR Cas9-system.
„Wir verwendeten einen anderen Ansatz, der konzentriert sich auf anti-CRISPR funktionelle Aktivität eher als DNA-Sequenz-ähnlichkeit. Dieser Ansatz ermöglichte uns finden Sie anti-CRISPRs in Bakterien, die nicht unbedingt kultiviert werden oder Infektion mit Phagen. Und die Ergebnisse sind wirklich aufregend“, sagt Ruben Vazquez Uribe, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Novo Nordisk Foundation Center für Biosustainability (DTU).
Die Forscher identifizierten die anti-CRISPR-Gene durch die Verwendung der Gesamt-DNA aus vier menschlichen fäkalen Proben, zwei Bodenproben, die eine Kuh fäkale Probe und ein Schwein für fäkale Probe. Die DNA wurde gehackt in kleine Stücke und zufällig ausgedrückt auf einem plasmid in eine Bakterienzelle. Diese Zelle enthielt einen genetischen Schaltkreis für die Auswahl von anti-CRISPR-Aktivität. Kurz gesagt bedeutete dies, dass Zellen, die ein plasmid mit einem potenziellen anti-CRISPR-gen würden, werden resistent gegen ein bestimmtes Antibiotikum. Im Gegenteil, die Zellen, in denen das plasmid nicht verleihen, anti-CRISPR-Aktivität sterben würde. Mit diesem system konnten die Forscher leicht erkennen und auswählen-DNA mit anti-CRISPR-Aktivität und Spurenelemente, die er zurück zu seinem Ursprung.
Mit dieser metagenomische Bibliothek Ansatz, konnten die Forscher identifizieren elf DNA-Fragmente, die umgangen Cas9 Aktivität.
Die weitere Charakterisierung konnte anschließend bestätigen Sie die Aktivität von vier neuen anti-CRISPRs. Die phylogenetische Analyse zeigte, dass die Gene identifiziert, die in den kotproben vorhanden sind, die in Bakterien gefunden, die in mehreren Umgebungen, zum Beispiel in der lebenden Bakterien in Insekten “ Darm -, Meerwasser-und Lebensmittel. Dies zeigt, dass die neu entdeckten Gene verbreiten sich in vielen bakteriellen Zweige in den Baum des Lebens, und in einigen Fällen mit dem Nachweis, dass einige dieser Gene wurden horizontal übertragen werden unzählige Male im Laufe der evolution.
„Die Tatsache, dass die anti-CRISPRs wir entdeckt haben, sind so reichlich in der Natur deutet darauf hin, dass Sie sind sehr nützlich und haben eine große Bedeutung aus einer biologischen Perspektive“, sagt Morten Sommer, der Wissenschaftliche Direktor und Professor am Novo Nordisk Foundation Center für Biosustainability (DTU).
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass anti-CRISPRs könnte wahrscheinlich spielen eine viel größere Rolle in der Wechselwirkung zwischen phage und Wirt als das, was bisher vorgeschlagen worden.
Frühere Studien in diesem Bereich haben gezeigt, dass anti-CRISPR-Proteine können verwendet werden, um Fehler zu reduzieren, wie das schneiden von DNA mit off-target-sites, wenn dabei die Genom-Bearbeitung im Labor.
„Heute sind die meisten Forscher mithilfe von CRISPR-Cas9 haben Schwierigkeiten bei der Steuerung der system-und off-target-Aktivität. Deshalb, anti-CRISPR-Systeme sind sehr wichtig, denn Sie wollen in der Lage sein, schalten Sie Ihr system ein-und ausschalten zum testen der Aktivität. Daher werden diese neuen Proteine könnten sehr nützlich,“ Morten Sommer sagt.
Die Forscher tatsächlich herausgefunden, dass die vier neuen anti-CRISPR-Proteine scheinen unterschiedliche Merkmale und Eigenschaften. Geht nach vorne, das wird sehr spannend sein, weiter zu untersuchen.