World

Parasit genetik yang berperang dapat menyebabkan pertahanan baru melawan bakteri berbahaya


Parasit genetik yang berperang dapat menyebabkan pertahanan baru melawan bakteri berbahaya

Fitur plasmid yang mengkode komponen CRISPR-Cas. (A) Prediksi mobilitas untuk koleksi plasmid proteobakteri non-redundan yang dianalisis dalam penelitian ini, disajikan menurut konten CRISPR-Cas mereka: lokus CRISPR-Cas lengkap, CRISPR atau cas yatim piatu, dan tidak ada CRISPR atau cas. (B) Distribusi ukuran untuk koleksi genom plasmid yang membawa lokus CRISPR-Cas lengkap, array yatim piatu, operon cas solo dan tidak ada gen CRISPR atau cas. Garis vertikal menunjukkan ukuran plasmid median untuk distribusi unimodal dan perkiraan rata-rata dari model campuran gaussian 2 komponen untuk distribusi bimodal. Kepadatan dihitung dengan parameter default di basis R. (C) Distribusi kelompok ketidakcocokan plasmid dalam fraksi tipe-Inc dari kumpulan data plasmid lengkap dan kelimpahan relatif dari subset yang mengkode lokus CRISPR-Cas. Plasmid tunggal dapat dimiliki oleh lebih dari satu grup Inc. Hanya grup Inc yang berisi lebih dari 10 plasmid yang ditampilkan. Kredit: Penelitian Asam Nukleat DOI: 10.1093/nar/gkab859

CRISPR-Cas telah menjadi semacam superstar selama dekade terakhir sebagai alat pengeditan gen dengan potensi revolusioner, terutama dalam ilmu kesehatan. Awalnya dikenal sebagai pertahanan kekebalan pada bakteri, CRISPR-Cas yang terjadi secara alami telah terbukti lebih beragam dan serbaguna di alam daripada yang pernah diyakini oleh para peneliti ilmiah. Sekarang, sekelompok peneliti di Departemen Biologi Universitas Kopenhagen telah menyelidiki prevalensi sistem CRISPR-Cas dalam plasmid.

Para peneliti memeriksa lebih dari 30.000 genom plasmid lengkap dan menemukan CRISPR-Cas di sekitar tiga persen dari mereka — proporsi yang tinggi bahkan jika dibandingkan dengan bakteri. Mereka juga menemukan berbagai perwakilan sebanyak lima dari enam jenis CRISPR-Cas yang diketahui dalam genom plasmid yang dipelajari. Hasilnya menunjukkan bahwa sistem CRISPR-Cas tersebar luas dan beragam dalam plasmid dan, yang menarik, sebagian besar dari mereka menargetkan plasmid lain.

“Sebagian, ini menarik karena mendukung pemahaman yang lebih baru tentang plasmid sebagai memiliki tingkat otonomi yang lebih tinggi dari sel inangnya, biasanya bakteri. Tetapi juga, karena dalam jangka panjang, itu dapat membuka jalur untuk memerangi virulensi dan resistensi. pada bakteri, yang membantu penyebaran plasmid,” jelas Rafael Pinilla-Redondo, salah satu peneliti utama studi tersebut dan berbasis di Departemen Biologi Universitas Kopenhagen.

CRISPR bertindak seperti GPS genomik, di mana memori yang tersimpan dari fragmen DNA asing dapat digunakan untuk menemukan target protein Cas, “gunting genetik”. Dalam sebagian besar temuan penelitian, DNA dari plasmid lain yang ditemukan dalam memori kekebalan sistem CRISPR-Cas—yaitu ditempatkan di garis bidik.

Bagian dari perubahan paradigma

Menurut para peneliti, ini menunjukkan perebutan sumber daya di antara plasmid, di mana plasmid melayani kepentingan mereka sendiri dengan bekerja secara aktif untuk mencegah plasmid lain mengakses bakteri inang tempat mereka tinggal. Dalam pertempuran ini, mereka menggunakan CRISPR sebagai senjata.

Para peneliti memiliki kesempatan untuk secara bersamaan memeriksa bakteri inang dari 30.000+ dataset plasmid untuk urutan CRISPR-Cas yang sama. Idenya adalah untuk mempelajari apakah sekuens yang ditemukan dalam plasmid mencerminkan isi CRISPR dalam sel inang, tetapi umumnya tidak demikian.

“Temuan kami menunjukkan bahwa plasmid memiliki tingkat otonomi yang tinggi dari bakteri tempat mereka hidup. Sementara plasmid bergantung pada inangnya, mereka juga merupakan entitas yang independen secara genetik yang melayani kepentingan mereka sendiri. Konten CRISPR-Cas mereka yang berbeda adalah contoh yang bagus dari otonomi ini,” kata Rafael Pinilla-Redondo.

Hasil penelitian baru akan berkontribusi pada apa yang para peneliti anggap sebagai pergeseran paradigma dalam mikrobiologi. Dalam mikrobiologi, aliran gen atau transfer gen mengacu pada saat materi genetik berpindah antar sel, elemen genetik seluler yang dimediasi. Sementara beberapa elemen genetik seluler diizinkan untuk masuk, untuk keuntungan sel, yang lain dihentikan karena merugikan. Pemahaman umum telah lama bahwa bakteri mengontrol aliran gen.

Pergeseran paradigma menunjukkan pemahaman di mana bakteri sebenarnya memainkan peran yang jauh lebih penting dalam mempengaruhi aliran gen.

“Apa yang dulu dianggap sebagai bakteri yang berjuang untuk melindungi diri dari parasit genetik, seperti virus dan plasmid, jauh lebih kompleks. Mungkin, harus lebih dipahami sebagai parasit yang bertarung di antara mereka sendiri, misalnya, yang mana yang harus dibiarkan. hidup di belakang telinga sapi,” jelas Rafael Pinilla-Redondo.

Kemungkinan senjata baru melawan resistensi antibiotik

Pengetahuan baru tentang bagaimana plasmid menggunakan CRISPR dapat memengaruhi cara kita memerangi bakteri berbahaya di masa depan. Plasmid adalah kunci penyebaran gen berbahaya antar bakteri melalui apa yang dikenal sebagai transfer gen horizontal.

Proliferasi materi genetik sangat penting bagi kemampuan bakteri untuk beradaptasi dengan lingkungan dan tantangan baru. Dari bakteri resisten antibiotik, plasmid dapat menyalin dirinya sendiri dan mentransfer properti itu ke bakteri di sekitarnya sebagai bagian dari DNA-nya sendiri.

Dengan demikian, pertempuran antara plasmid dapat membantu peneliti mempelajari lebih lanjut tentang cara melawan mereka juga.

“Dengan memahami bagaimana plasmid bersaing di antara mereka sendiri, kita mungkin dapat belajar bagaimana memperlambatnya dan dengan demikian memperlambat penyebaran resistensi antibiotik dan sifat berbahaya yang mematikan di antara bakteri,” kata Søren Johannes Sørensen, seorang profesor mikrobiologi dan rekan penulis artikel penelitian.

“Dalam jangka panjang, tidak menutup kemungkinan kita bisa membuat strategi plasmid kita sendiri dan menggunakannya sebagai alat. Tanpa meminjam dari alam, kita akan sangat terbatas. Tapi jika kita bisa belajar tentang kekuatan dan kelemahan dari plasmid. plasmid dari diri mereka sendiri, peluang akan muncul,” katanya.

Apa yang dimaksud dengan CRISPR-Cas?

Fragmen DNA (CRISPR) dan gunting protein Cas (misalnya, Cas9) dapat menemukan urutan DNA tertentu dan memotongnya.

Diperkirakan CRISPR-Cas akan memainkan peran revolusioner sebagai alat pengeditan gen, tidak terkecuali dalam ilmu kesehatan, untuk pengobatan kelainan genetik, antara lain.

Sistem CRISPR pada awalnya dilihat sebagai sistem kekebalan untuk bakteri, terutama terhadap virus. Namun, banyak peneliti sekarang melihat CRISPR-Cas sebagai alat “Senjata untuk Disewa” yang dapat digunakan untuk banyak tujuan, oleh banyak aktor yang berbeda, termasuk bakteri, plasmid—dan manusia.

Apa itu plasmid?

Plasmid adalah molekul DNA berbentuk cincin kecil, yang disebut elemen genetik bergerak, ditemukan pada bakteri dan jenis mikroorganisme tertentu lainnya.

Ini mengingatkan pada virus, karena keduanya adalah parasit di dalam sel. Plasmid dapat bereproduksi secara independen dari sel inang dan sering memberikan manfaat bagi sel inang.

Antara lain, mereka dapat memberikan atau mentransfer sifat genetik ke bakteri, seperti dengan membuatnya resisten antibiotik atau patogen, dalam proses yang dikenal sebagai transfer gen horizontal.

Plasmid telah lama menjadi alat penting dalam biologi molekuler untuk, antara lain, kloning gen dan pengenalan materi genetik ke dalam sel bakteri.

Apa itu transfer gen horizontal?

Transfer gen horizontal adalah ketika satu organisme mentransfer gen ke organisme lain yang bukan keturunannya sendiri.

Untuk sebagian besar, kemampuan bakteri untuk beradaptasi dengan lingkungan dan tantangan baru tergantung pada pasokan gen baru dengan cara ini.

Fenomena ini bertanggung jawab atas krisis resistensi antibiotik yang menjulang, karena bakteri dengan cepat mengembangkan resistensi terhadap antibiotik dengan memperoleh gen resisten. Hal ini sangat sering dimediasi oleh plasmid, membuat proliferasi plasmid menjadi masalah kesehatan masyarakat global.

Tentang penelitian: Peneliti membuat pemindai CRISPR

Untuk mempelajari prevalensi CRISPR-Cas dalam plasmid, para peneliti menggunakan koleksi terbesar genom plasmid yang sepenuhnya diurutkan, kumpulan data yang disusun oleh para peneliti di seluruh dunia.

Untuk mengelola sejumlah besar data, peneliti Departemen Biologi mengembangkan perangkat lunak untuk memindai bagian CRISPR yang diketahui. Program, bernama CRISPRCasTyper, telah tersedia secara bebas untuk peneliti lain.


Manusia bukanlah yang pertama menggunakan kembali CRISPR


Informasi lebih lanjut:
Rafael Pinilla-Redondo et al, sistem CRISPR-Cas adalah elemen aksesori yang tersebar luas di seluruh plasmid bakteri dan archaeal, Penelitian Asam Nukleat (2021). DOI: 10.1093/nar/gkab859

CRISPRCasTyper: crisprcastyper.crispr.dk/#/submit

Disediakan oleh Universitas Kopenhagen

Kutipan: Perang parasit genetik dapat menyebabkan pertahanan baru melawan bakteri berbahaya (2022, 26 Agustus) diambil 27 Agustus 2022 dari

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari transaksi wajar apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.



Artikel ini pertama kali tayang di situs phys.org

Related Articles

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Back to top button