Kamikáze vírusok a CRISPR-rendszer ellen
A vírusok együttműködve képesek legyőzni a baktériumok ellenük kifejlesztett védekező rendszerét, a napjainkban génszerkesztésre használt CRISPR-rendszert. A felfedezés segítheti a fágterápia fejlesztését és a humán vírusinfekciók elleni védekezést.
A természetben rengeteg példát ismerünk, amikor ragadozók együttműködnek a préda leteperése érdekében, most viszont azt is felfedezték, hogy ez a kooperáció a vírusok szintjén is működik: olyan lények is képesek együttműködni a vadászat sikere érdekében, amiket egyesek nem is tartanak élőlénynek, írja az eredményről beszámoló cikkében Ed Yong, a The Atlantic tudományos újságírója.
A napjainkban humán használatba vett CRISPR-rendszert a baktériumok azért fejlesztették ki, hogy védekezzenek az őket támadó fágok ellen: amikor egy vírus megtámad egy baktériumot, a baktérium elraktározza a támadó fág génjeit, hogy egy későbbi támadás alkalmával képes legyen felismerni a vírus örökítőanyagát, és molekuláris ollójával a felismert támadószekvenciákat fel tudja darabolni. Ezt a több milliárd éve működő bakteriális immunrendszert kezdte most gén-szerkesztésre használni az emberiség.
A CRISPR-rendszer azonban nem mindig működik: a vírusok és a baktériumok közötti fegyverkezési verseny során a vírusok kifejlesztettek egy olyan proteint, ami a CRISPR molekuláris ollójához tapadva működésképtelenné teszi azt, írták Joseph Bondy-Denomy és munkatársai még 2015-ben megjelent tanulmányukban (Multiple mechanisms for CRISPR–Cas inhibition by anti–CRISPR proteins; Nature). Mindazonáltal, a kutatók ekkor még nem értették, miként lehetséges, hogy a CRISPR-ellenes vírusprotein működik, hiszen a baktérium immunrendszerének még az előtt fel kéne darabolnia a bejutott vírusgéneket, hogy azokról a vírus a baktériummal megtermeltetné a gátló proteint.
Most Bondy-Denomy Adair Borges-vel összefogva megtalálta a rejtély megoldását: bár az első hullámban támadó vírusokat elpusztítja a baktérium védekezőrendszere, a fertőzés során szintetizálódik némi immunszuppresszáns hatású anti-CRISPR protein, ami reinfekció esetén lehetővé teszi a második hullámban érkezett fágok túlélését és szaporodását (Bacteriophage Cooperation Suppresses CRISPR-Cas3 and Cas9 Immunity; Cell). A University of California, San Francisco mikrobiológusaitól függetlenül a University of Exeter kutatói is erre az eredményre jutottak (Stineke van Houte utolsó szerző és munkatársai: Anti-CRISPR Phages Cooperate to Overcome CRISPR-Cas Immunity), és mint az ugyanabban a Cell-számban megjelent tanulmányukban kifejtik, amennyiben kellő számú vírus támadja meg a baktériumot az első hullámban, már a következő reinfekció sikerrel jár, amennyiben viszont az első hullám kevés vírussal érte el a baktériumot, csak a harmadik vagy többedik hullám lesz sikeres: előbb-utóbb elegendő anti-CRISPR protein szaporodik fel a baktériumban, és beindul a vírusreplikáció.
Mint nyilatkozatában van Houte elmondja, az első hullám vírusai olyanok, mint a kamikaze bombázók, elpusztulnak, de elősegítik az utánuk jövő társaik sikerét, azaz a vírusok kooperálnak; és bár az infekció sikere szinte mindig függ a támadók létszámától, az meglehetősen szokatlan, hogy egy korábban sikertelen fertőzés növelje a következő sikerét – ennek inkább az ellenkezője szokott előfordulni: a patogénnek való korábbi kitettség érzékenyíti az immunrendszert, és csökkenti a következő infekció valószínűségét. A kutatók kifejtik: a fágok viselkedése hasonlít az altruizmushoz, amikor az egyedek feláldozzák magukat a hasonló géneket hordozó társaik sikere érdekében.
A vírus–baktérium fegyverkezési verseny újabb lépésének felismerése valószínűleg nem befolyásolja a CRISPR-rendszer génszerkesztésre való használatát, azonban alapvető következményei lehetnek a fágterápiában, amit a közelmúltban növekvő sikerrel alkalmaznak az antibiotikumoknak ellenálló baktériumok legyőzésére, továbbá a humán vírusfertőzések elleni kezelések kifejlesztésében, elképzelhető ugyanis, hogy egyes vírusok hasonló módszerekkel kapcsolják le az emberi immunrendszer működését, mint a fágok a CRISPR ollóját.
