Исследователи из МФТИ и НИЦ «Курчатовский институт» совместно с коллегами выяснили, что белки семейства ArdA помогают вирусам проникнуть в бактериальную клетку, приняв образ ее ДНК: они не только подавляют защиту клеток, но и регулируют целый ряд других процессов. Результаты исследования, которое заложило основу для будущих прикладных работ в области генной терапии, описаны в статье, опубликованной в журнале Heliyon.
Плазмиды, бактериофаги и транспозоны способны переносить между бактериальными клетками различные гены, в т.ч. гены устойчивости к антибиотикам. Однако многие из этих генов опасны для самих бактерий, поэтому бактерии сформировали защитные системы разрезания чужеродных цепочек ДНК. Изучение процесса преодоления защитных барьеров бактерий необходимо для разработки новых лекарств, которые смогут ограничивать размножение бактерий в организме.
Антирестрикционные белки вырабатываются в бактериофагах или в других мобильных генетических элементах. У каждой бактерии есть ряд систем защиты от инвазии чужеродной ДНК, но и у бактериофагов есть системы антирестрикции, призванные бороться с системой рестрикции-модификации. Одному из белков антирестрикции ArdA и посвящена новая работа. Ее авторы показали, что, кроме возможности контроля передачи и распространения генов между бактериями, эти белки перспективны и как геннотерапевтические агенты.
Белок ArdA изображает молекулу ДНК с отрицательными поверхностными зарядами, имитирующими фосфатные группы. Защитная система рестрикции-модификации связывается с белком ArdA вместо ДНК, тогда как настоящая инвазивная ДНК, например, бактериофага остается нетронутой. По сути, есть целый класс антирестрикционных белков, которые таким образом обманывают защитную систему и помогают вирусу выполнить свою основную функцию — поместить в бактерию свою ДНК или РНК и размножиться.
Авторы работы впервые нашли белок ArdA в бактериальной хромосоме, и задались вопросом о том, как он там оказался. Поместив белок в модельный объект кишечной палочки, ученые проанализировали, как внедрение ArdA влияет на регуляцию других генов в бактериях. Кроме того, они сравнили два белка ArdA и выяснили, что ответ бактерии для каждого из них выглядит по-разному — это позволяет предположить, что белки изображают разные участки ДНК, тем самым регулируя конкретные процессы в клетке.
Таким образом ученые расширили знание об Ard-белках и наглядно показали, что гены, способные подавлять защиту бактерий, существуют не только в плазмидах, но и в самих бактериальных хромосомах и, более того, участвуют в регуляции других бактериальных генов. Это открытие создает новую перспективу для генной терапии, т.к. ДНК-мимикрирующие белки могут способствовать регулированию экспрессии генов в любых клетках.
