보스턴 어린이 병원의 면역학 연구원 인 조나단 카간 (Jonathan Kagan)은“지구상의 모든 생명체는 같은 문제가 있습니다. "그리고 그것은 감염을 다루고 있습니다." 우리가 박테리아 감염에 대해 걱정하는 것처럼, 박테리아는 그들을 감염시키는 파지라고 불리는 바이러스를 감시하고 있으며, 모든 생명계의 모든 유기체와 마찬가지로 감염과 싸우기위한 분자 도구의 무기고를 진화시켰다.
.인간과 같은 크고 복잡한 생물은 침략자를 감지하거나 파괴하는 특수 세포의 거대한 면역 체계에 화를 낼 수 있습니다. 식물과 박테리아와 같은 간단한 유기체는 종종 스위스 군대와 같이 두 작업에 장착 된 멀티 태스킹 단백질 스위트에 의존해야합니다. 방어는 보편적 인 관심사이기 때문에 이러한 방어 시스템 중 상당수가 진화를 통해 보존되어 인간을 포함한 다양한 유기체들 사이에서 공유 된 것은 놀라운 일이 아닙니다.
그러나 이번 달에 Science 에 발표 된 새로운 연구 가장 오래된 형태의 생명체 인 간단한 원핵 생물 세포 인 박테리아와 고풍에있는 단백질 패밀리가 전에는 보지 못했던 방식으로 바이러스를 감지한다는 것을 발견했습니다.
.장갑처럼 맞습니다
유전자 시퀀싱 및 생물 정보 학적 기술의 발전으로 인해 박테리아가 사용하는 많은 항 바이러스 방어가 지난 50 년 동안 만 보이기 시작했습니다. 그러나 박테리아 CRISPR-CAS9 시스템을 활용하는 강력한 유전자 편집 도구로 인해 지난 10 년간 그들에 대한 관심이 팽팽 해졌습니다. 이 도구의 성공으로 인해 연구원들은 박테리아 분자가 바이러스를 인식하고 제거하는 방법에 더 집중해야했습니다.
CRISPR-CAS9와 같은 이러한 항 바이러스 방어 중 일부는 파지가 그의 숙주에 주입하는 DNA의 특정 서열을 인식한다. 다른 사람들은 바이러스의 단편을 직접적으로 감지하지 않고 손상된 DNA 또는 오작동하는 세포 과정과 같은 바이러스의 피해에 대한 증거에 반응합니다.
그러나 AVS 단백질이라고 불리는 박테리아 면역 센서는 매사추세츠 기술 연구소의 Feng Zhang이 이끄는 연구원들과 국립 생명 공학 정보 센터의 Eugene Koonin이 발견 한 것처럼 그다지 그렇지 않습니다. AVS 단백질은 세포의 납치 기계에 의해 제조 된 바이러스 단백질을 직접 검출 할 수 있습니다.
단백질 감시는 미생물에 대한 위험한 전략입니다. 몇 가지 돌연변이조차도 단백질의 아미노산 서열을 인식 할 수 없어 병원체가 탈출 할 수있게 해줄 수 있습니다. 인간 및 기타 척추 동물의 적응 면역 체계는 바이러스 단백질을 쫓아서 수십억의 특수 세포를 배치하여 검색을 수행 할 수 있기 때문에 개별 박테리아에 개방되지 않은 옵션입니다.
그러나 Zhang의 그룹은 AVS 단백질이 아미노산 서열의 약간의 변화 또는 그 문제에 대해 큰 변화로 인해 방해받지 않는다는 것을 발견했습니다. 스탠포드 대학교의 생화학 자이자 논문의 주요 저자 인 알렉스 가오 (Alex Gao)는“우리는 9 개의 파지 가족에 걸쳐 24 개의 다른 파지를 테스트했습니다.
상이한 바이러스 패밀리의 표적화 된 단백질은 거의 완전히 다른 아미노산 서열을 가졌지 만, 그들은 모두 같은 작업을 수행했다 :바이러스 DNA 가닥을 스풀링하고 새로 형성된 바이러스 입자에 포장한다. 결과적으로, 그들은 모두 같은 기능적 형태를 유지했습니다.
AVS 단백질은이 분자 유사성을 활용한다고 팀은 실현했다. Gao는 단백질이“서열보다는 3 차원 주름과 모양을 인식하고있다”고 설명했다. AVS 단백질은“기본적으로 손 주위에 장갑처럼 감싸고 있습니다.” 이러한 유형의 3D 구조 인식은“우리가 아는 한 분자 생물학에서 전례가 많지 않다”고 덧붙였다.
이들 바이러스 단백질이 AVS 검출을 피하는 유일한 방법은 인식 할 수없는 형태로 돌연변이하는 것입니다. 그러나 "단백질을 불안정하게하지 않고 형태를 바꾸거나 파지에서의 기능을 손상시키는 것은 사소한 일이 아닙니다."라고 Koonin은 말했습니다.
AVS 단백질의 다목적 랩 어라운드 인식 기술은 박테리아를 감염시키는 바이러스를 발견하는 데 국한되지 않습니다. Koonin은 AVS 단백질이 동물 헤르페스 바이러스를 감지 할 수 있는지 AVS 단백질을 농담으로 묻는 것을 회상했다. 놀랍게도 Gao는 이렇게 대답했습니다.“‘예, 우리는 이미 그렇게했습니다! 그들은합니다.” AVS 단백질은 인간 헤르페스 바이러스에서 DNA- 패킹 단백질을 인식했지만, 박테리아 파지보다 인식이 약했다.
.Weizmann Science Institute of Science의 미생물 유전 학자 인 Rotem Sorek은“침략자 인식 요소가 그러한 먼 유기체를 감염시키는 바이러스를 식별 할 수 있다는 것은 처음입니다.
AVS 단백질이 바이러스 단백질을 감지 할 때, 그들은 다양한 방식으로 바이러스에서 파업 할 수 있습니다. 적어도 일부는 박테리아 자기 파괴로 끝납니다. 세포 자살은 방어로 직관적이지 않은 것처럼 보이지만 박테리아는 종종 유전 적 유사성을 가진 식민지에 살고 있습니다. 감염된 세포는 자신을 파괴함으로써 본질적으로 쌍둥이 인 이웃을 보호 할 수 있으며, 이는 진화 전략으로서“완벽한 의미가있다”고 말했다.
게다가, 바이러스 성 단백질이 박테리아의 AVS 방어에 명백 해지면 바이러스는 이미 그 자체의 사본을 조립하고 있으며 곧 감염된 세포에서 터질 것입니다. 그 시점에서 Sorek은“어쨌든 Phage의 죽음에서 벗어나는 탈출은 없습니다.”
.작은 교사
박테리아와 Archaea의 다른 면역 방어에 대한 연구에서, 연구자들은 인간과 다른 유기체의보다 복잡한 진핵 세포의 사람들과의 현저한 유사점을 발견했습니다. 형태와 기능의 이러한 유전 적 유사성 중 일부는 우리가 진핵 생물이 우리의 원핵 생물 조상들로부터 우리의 일부 방어를 직접 물려 받았음을 암시하기에 충분히 가깝습니다.
우리가 AVS 단백질의 어떤 것도 물려 받았는지 여부는 여전히 남아 있습니다. 인간 선천성 면역 센서의 스터 링은 특정 병원체 단백질을 인식하지만, 우리의 타고난 면역 센서에서 직장에서 단백질 형식 인식과 같은 것은 아직 아무도 발견하지 못했습니다. AVS 단백질은 특정 진핵 생물 방어 분자와 흥미로운 구조적 유사성을 가지고 있지만, 유사성은 수렴 진화의 산물 일 수 있으며 방어 전략으로서 패턴 인식의 힘 일 수 있습니다. Gao는“자연이 실제로 잘 작동하기 때문에이 [면역 센서]를 만드는 것을 좋아할 수 있습니다.
박테리아와 Archaea에 단백질 모양의 인식이 얼마나 잘 작동하는지를 감안할 때, 우리는 AVS 단백질과 같은 것이 진핵 생물에서 결국 나타날 것으로 기대할 수 있습니다. Kagan은 다른 것이 없다면이 발견은 선천적 면역 반응의 목표로 단백질을 연구하는 데 관심을 불러 일으킬 수 있다고 생각합니다.
카간은 박테리아가“우리를 가르치는 것을 멈추지 않았다”고 말했다. "그들은 우리에게 DNA 복제에 대해 가르쳐 주었고, DNA 복구에 대해 가르쳐 주었고, 세포 분열에 대해 가르쳐 주었고, 이제 면역에 대해 가르쳐 줄 수 있습니다."
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