Блейк Виденхефт, доцент кафедры микробиологии и иммунологии Сельскохозяйственного колледжа и Колледжа литературы и науки, и аспирант Пол Б.Г. Ван Эрп присоединился к исследователям из университетов Корнелла и Джона Хопкинса, чтобы стать соавтором статьи «Структурные основы беспорядочного распознавания PAM в каскаде типа I-E из E. coli», опубликованной в Интернете 10 февраля.«Бактерии заражаются вирусными инфекциями, как и люди», — сказал Виденхефт. «Недавно мы обнаружили, что у бактерий есть сложная иммунная система, называемая CRISPR, и наша работа направлена ??на то, чтобы понять, как работают эти иммунные системы».
Ученые годами знали, что бактерии обладают способностью бороться с вторгающимися вирусами, но считали их иммунную систему относительно примитивной. Однако открытие в последние годы CRISPR, аббревиатуры от «сгруппированных коротких палиндромных повторов с регулярными интервалами», изменило это восприятие.«CRISPR обеспечивают молекулярную память о ранее встречавшихся вирусах, которая используется для быстрого развития иммунного ответа при последующих встречах с инфекционным агентом», — сказал Виденхефт. «Это концептуально похоже на нашу собственную иммунную систему».«Публикация в журнале Nature — большое достижение для Блейка и нашего аспиранта Пола», — сказал Никол С. Рэй, декан Колледжа литературы и науки. «Это подтверждает, что он является одним из выдающихся младших преподавателей биомедицинских наук».
«Исследования Блейка находятся в авангарде одной из наиболее интересных областей науки, и хотя он только начал свою карьеру, он является одним из международных лидеров в этой области», — сказал Марк Ютила, заведующий кафедрой микробиологии МГУ. и иммунология. «Блейк является частью захватывающей группы новых преподавателей кафедры, которые значительно расширили передовые исследовательские возможности для студентов и других стажеров».Исследование, опубликованное в журнале Nature, проливает свет на понимание того, как CRISPR отличает ДНК вируса от его собственного генетического материала.
Без этой способности противовирусные меры повредили бы клетку-хозяина.«Нацеливание на чужеродную ДНК, хранящуюся в бактериальном геноме, приведет к аутоиммунной реакции, которая убьет или, по крайней мере, сделает бактерии очень больными», — сказал Виденхефт. «Работа в этой статье объясняет, как иммунная система Escherichia coli (E. coli) различает собственный генетический материал бактерий и вирус».«Это сотрудничество с учеными из университетов Корнелла и Джона Хопкинса было фантастической возможностью внести свой вклад в растущий объем литературы, направленной на понимание механизмов обнаружения ДНК.
Это сотрудничество закладывает основу для некоторых из моих будущих работ в этой области», — ван — сказал Эрп.Чтобы понять, как эти иммунные системы отличают ДНК «себя» от «чужой», исследователи использовали метод, называемый рентгеновской кристаллографией, для создания подробного плана комплекса наблюдения иммунной системы при распознавании фрагмента чужеродной ДНК.
«Эти чертежи, которые концептуально похожи на чертежи строителя, объясняют, как работают эти биологические машины», — сказал Виденхефт. «Сейчас мы пытаемся использовать эти чертежи, чтобы спроектировать эту систему для новых приложений, которых мать-природа никогда не ожидала».Понимание того, как CRISPR работают с бактериями, привело к новой революционной технологии, которая имеет огромное значение для биотехнологии и медицины. У бактерий CRISPR связываются с чужеродной ДНК и разрезают ее, предотвращая распространение инфекции в бактериальных клетках. Понимание того, как именно работает эта система, позволило ученым «перепрофилировать эти расщепляющие ДНК системы для хирургического вмешательства в ДНК», — сказал Виденхефт.
«Системы CRISPR теперь перенесены в человеческие клетки, и теперь мы можем запрограммировать эти системы на вырезание и восстановление дефектной ДНК в человеческих клетках», — сказал он.Эти технологии могут быть использованы для устранения генетических заболеваний, таких как мышечная дистрофия и муковисцидоз.
В приложения CRISPR уже вкладываются крупные коммерческие инвестиции в США и за рубежом.«При поддержке Университета штата Монтана и Национального института здравоохранения, а также при участии талантливых аспирантов, таких как Пол [Б.Г. ван Эрп], моя лаборатория помогла объяснить, как работают эти системы», — сказал Виденхефт. «И знание того, как они работают, — важный первый шаг в их перепрограммировании для новых приложений».