ЦРИСПР је покренуо златно доба генетских истраживања – али у природи постоје стотине сличних система са неистраженим потенцијалом за уређивање гена. Сада су научници направили огроман напредак у објашњавању како функционише загонетни систем који се зове СПАРДА.
ЦРИСПР системи су омогућили научницима да уређују генетске информације лакше него икада раније. Иако је најпознатији по употреби у уређивању гена, ЦРИСПР је заправо прилагођени имунолошки одбрамбени систем бактерија који је пренамењен за људску употребу.
Молекуларни аргонаути
Коаутор студије Миндаугас Зарембабиохемичар са Универзитета у Виљнусу у Литванији, рекао је за Ливе Сциенце да су истраживачи пре новог рада спровели само ограничена истраживања система СПАРДА. Утврдили су да протеини који чине систем усвајају приступ одбрани ћелија сличан камикази, штитећи ширу популацију бактерија од стране ДНК, укључујући слободно плутајућу ДНК звану плазмиди и вирусе зване фаги.
„Показало се да СПАРДА системи штите бактерије од плазмида и фага деградацијом ДНК и заражених ћелија и нападача, убијајући тако ћелију домаћина, али истовремено спречавајући даље ширење инфекције унутар бактеријске популације“, рекао је Заремба.
Како је СПАРДА радила на молекуларном нивоу, остало је нејасно, што је навело Заремба и његов тим да користе АИ алат за анализу протеина АлпхаФолдмеђу низом других техника анализе, да копају у СПАРДА-ино подешавање. АлпхаФолд користи машинско учење да предвиди 3Д облик протеина на основу секвенце њихових основних грађевних блокова.
СПАРДА систем је изграђен од протеина аргонаута, названих по њиховој сличности са аргонаутским хоботницама (Аргонаута). Протеини су били првобитно идентификован у биљкама, где су саднице погођене мутацијама ових протеина развиле уске листове који су научнике подсећали на пипке хоботнице. Ови протеини аргонаута су еволуцијски очувани и присутни су у ћелијама у три царства живота.
Зарембина анализа је посматрала СПАРДА системе насумично одабране од две различите бактерије. први, Ксантхобацтер аутотропхицус, је микроб који живи у земљишту који избегава сунчеву светлост и гради своју храну од азота локалног извора. други, Енхидробацтер аеросаццуспрви пут је пронађен у језеру Винтергреен у Мичигену и има уграђене ваздушне јастуке који му помажу да плута у воденим срединама.
Зарембин тим је исецкао СПАРДА системе из ових бактерија и сместио их у поуздан модел организма Е. цоли за проучавање. Молекуларна анализа је открила да сваки од њихових протеина аргонаута укључује критични „активирајући регион“. Ову област су назвали бета-релеј, јер је подсећао на електричне релејне прекидаче који контролишу машинерију тако што се крећу између стања „укључено“ или „искључено“.
Када су СПАРДА системи открили спољне претње, ови прекидачи су променили облик. Нови облик је омогућио протеинима да формирају комплексе са другим активираним протеинима аргонаута. Када се то догоди, протеини се постројавају као војници на паради, формирајући дугачке спиралне ланце. Ови ланци секу сваки околни ДНК на који наиђу у екстремној реакцији која не штеди ни домаћина ни нападача. Ово спречава ширење инфекције на друге ћелије.
Зарембин тим је затим користио АлпхаФолд да скенира бета-релеје у сличним бактеријским протеинима. Исти прекидачи су се стално појављивали, што сугерише да су релеји универзална карактеристика овог типа протеина.
СПАРДА у дијагностици
СПАРДА је неопходна за одбрану бактерија, али Зарембин тим тврди да би систем могао помоћи и људима.
Активација СПАРДА-е је последњи маневар за бактеријске ћелије, који се користи само када је инфекција дефинитивно присутна. Стога, систем укључује невероватно тачан систем препознавања за уочавање страног ДНК који би гарантовао самоуништење.
Истраживачи би могли да пренамене систем за дијагностику, предложио је Заремба. У том сценарију, бета-релеј би могао да се промени тако да се активира само када се идентификује генетска секвенца од интереса — тако да би реаговао само на генетски материјал вируса грипа или САРС-ЦоВ-2, на пример. Овај механизам лежи у основи постојећег Дијагностички алати засновани на ЦРИСПР-у.
ЦРИСПР дијагностика је, међутим, тренутно ограничена у својој функцији – они препознају мете само када их одређене ДНК секвенце, које се називају ПАМ секвенце, окружују. Ове секвенце су као зупци на крају утикача; ако се не поклапају са утичницом, систем неће имати напајање. То значи да је избор правог ЦРИСПР протеина који одговара одређеној мети од суштинског значаја.
„Већ знамо да СПАРДА системи не захтевају ПАМ секвенцу“, рекао је Заремба. То значи да би могли да делују као универзални адаптер, дајући будућој ДНК дијагностици већу флексибилност и на крају чинећи тестове бољим у откривању низа клица.
Истраживање ЦРИСПР-а добило је Нобелову награду и заувек променио науку. Док је СПАРДА истраживање у далеко ранијој фази истраживања, његов унутрашњи рад сугерише да би дизајн сићушних организама могао да држи лекције за највећа питања у науци.
