Описана новая система анти-CRISPR, защищающая фаг от «иммунной системы» бактерии

Бактерии часто используют для защиты от вирусов (фагов) системы CRISPR. Со своей стороны, многие фаги обладают специальными системами для противодействия CRISPR, которые в совокупности известны как системы анти-CRISPR. Уже известно более сотни таких систем, которые отличаются по механизму действия. Авторы новой работы, опубликованной в Nature, сообщили об открытии нового вида систем анти-CRISPR. В основе их работы лежат малые некодирующие РНК, которые обозначили как Racr (от RNA anti-CRISPR). Эти РНК мимикрируют по структуре под повторы в CRISPR и нарушают работу системы, забирая на себя некоторые белки Cas и не давая собраться комплексу Cascade.

Ранние исследования показали, что в геномах ряда фагов есть особые элементы, которые были обозначены как единичные повторяющиеся элементы (solitary repeat units, SRU). Эти элементы оказались очень похожи на прямые повторы в локусах CRISPR. Было высказано предположение, что SRU могут взаимодействовать с белками Cas или обеспечивать вставку вируса в последовательность CRISPR. Чтобы понять, каковы функции SRU, исследователи вставили в геном бактерии Pectobacterium atrosepticum, обладающей системой CRISPR типа I-F, SRU от профага из генома бактерии Thiocystis violascens. Было показано, что последовательность и вторичная структура этого SRU похожа на повторы CRISPR типа I-F. Затем бактерии P. atrosepticum со вставкой были инфицированы фагом ΦTE. Оказалось, что экспрессия SRU позволяет фагу реплицироваться активнее, поэтому авторы работы причислили SRU к числу систем анти-CRISPR и обозначили как RacrIF1 (от RNA anti-CRISPR IF1).

У CRISPR типа I-F эндорибонуклеаза Cas6f связывает повторы с высокой афинностью и участвует в созревании crРНК. Исследователи показали, что Cas6f взаимодействует с RacrIF1. Более того, мутации в RacrIF1, препятствующие взаимодействию этой РНК с Cas6f, нивелировали ее анти-CRISPR действие. Cas6f связывает RacrIF1 в том же сайте, что и пре-crРНК, что указывает на специфический характер взаимодействия.

В системах CRISPR-Cas I-F типа эффекторную роль выполняет комплекс Cascade, поэтому авторы работы проверили, с какими еще его компонентами может взаимодействовать RacrIF1. Они экспрессировали в Escherichia coli белки комплекса Cascade от P. atrosepticum и RacrIF1 или каноничную crРНК. Оказалось, что при наличии RacrIF1 комплекс Cascade собирается неправильно: в нем присутствуют Cas6f и Cas7f, а Cas5f и Cas8f отсутствуют. Детальное исследование взаимодействия белков показало, что RacrIF1 способствует формированию комплекса с Cas6f и длинным филаментом из 8–9 единиц Cas7f, собранных вокруг РНК. Авторы работы заключили, что RacrIF1 действует как конкурентный ингибитор, не дающий собраться правильному комплексу Cascade. Кроме того, оказалось, что RacrIF1 блокирует праймированную адаптацию, то есть вставку спейсеров в CRISPR от нового патогена.

Биоинформатический поиск показал, что RacrIF1 широко распространены в природе и встречаются у самых разных вирусов, инфицирующих бактерий и архей. Они могут подавлять работу не только систем типа I-F, но и других мишеней. Авторы считают, что новую и подобные ей системы можно использовать для регуляции CRISPR-Cas, адаптированных для редактирования генома.

У бактериофагов обнаружили CRISPR-системы всех известных типов