Bildnachweis: Dr. Tim Blower, Universität Durham
Eine neue Studie, die von einem Team von Biowissenschaftlern der Durham University, Großbritannien, in Zusammenarbeit mit der University of Liverpool, der Northumbria University und New England Biolabs geleitet wird, hofft, neu charakterisierte Abwehrsysteme in Bakterien auszunutzen, um Veränderungen des menschlichen Genoms zu vergleichen.
Studenten der Durham University haben ebenfalls an dieser Forschung gearbeitet, um die komplexe Funktionsweise der angeborenen bakteriellen Immunität zu demonstrieren.
Bakterien haben eine Vielzahl von Abwehrsystemen entwickelt, um sich vor Viren, sogenannten Bakteriophagen, zu schützen. Viele dieser Systeme wurden bereits zu nützlichen biotechnologischen Werkzeugen entwickelt, beispielsweise für die Gen-Editierung, bei der kleine Veränderungen am Ziel vorgenommen werden DNA.
Die Forscher zeigten, dass sich zwei Abwehrsysteme ergänzen, um die Bakterien vor Bakteriophagen zu schützen.
Ein System schützte die Bakterien vor Bakteriophagen, deren DNA keine Modifikationen aufwies.
Bildnachweis: Dr. Tim Blower, Universität Durham
Einige Bakteriophagen modifizieren ihre DNA, um dieses erste Abwehrsystem zu umgehen. Ein zweites System namens BrxU schützte die Bakterien mit modifizierter DNA vor diesen Bakteriophagen und bildete so eine zweite Verteidigungsschicht.
Die Forscher erstellten ein extrem detailliertes 3D-Bild von BrxU, um besser zu verstehen, wie es mit modifizierter DNA vor Bakteriophagen schützt.
BrxU hat das Potenzial, ein weiteres nützliches biotechnologisches Werkzeug zu sein, da die gleichen DNA-Modifikationen, die BrxU erkennt, im gesamten menschlichen Genom auftreten und sich bei Krebs und neurodegenerativen Erkrankungen verändern.
Der Senior-Autor der Studie, Dr. Tim Blower, Associate Professor und Lister Institute Prize Fellow am Department of Biosciences der Durham University, sagte: „Die Fähigkeit, modifizierte DNA zu erkennen, ist von entscheidender Bedeutung, da ähnliche Modifikationen in der gesamten DNA des menschlichen Genoms gefunden werden .
„Diese zusätzliche Informationsschicht, das „Epigenom“, verändert sich mit zunehmendem Wachstum und auch bei Krebs und neurodegenerativen Erkrankungen.
„Wenn wir BrxU als biotechnologisches Werkzeug zur Kartierung dieses Epigenoms entwickeln können, wird dies unser Verständnis der adaptiven Informationen verändern, die unser Wachstum und den Krankheitsverlauf steuern.“
Die Studienergebnisse von Hauptautor Dr. David Picton und Mitarbeitern werden in der Zeitschrift veröffentlicht Nucleic Acids Research.
Die 97 Studenten, die an dieser Arbeit beteiligt waren, befanden sich in den letzten Jahren ihres BSc- oder MBiol-Abschlusses am Department of Biosciences der Durham University.
Im Rahmen eines Mikrobiologie-Workshops zur forschungsgeleiteten Lehre hatten sie die Aufgabe, neue Bakteriophagen für die Untersuchung zu isolieren. Diese Bakteriophagen schaden dem Menschen glücklicherweise nicht, aber genauso wie das menschliche Immunsystem auf Infektionen reagiert, sind Bakterien gezwungen, ihr eigenes Immunsystem zu entwickeln, das vor Bakteriophagen schützt.
Bakteriophagen wurden aus dem River Wear, College-Teichen und anderen Wasserstraßen rund um Durham gesammelt. Sie wurden dann verwendet, um die angeborene Immunität von Bakteriophagen zu testen E. coli Bakterien.
Referenz: „Die Phagen-Abwehrinsel eines multiresistenten Plasmids verwendet sowohl BREX- als auch Typ-IV-Restriktion zum komplementären Schutz vor Viren“ von David Picton, Yvette Luyten, Richard Morgan, Andrew Nelson, Darren Smith, David Dryden, Jay Hinton und Tim Blower, 17. Oktober 2021, Nucleic Acids Research.
DOI: 10.1093/nar/gkab906
Die Forschung wurde in Großbritannien vom Biotechnology and Biological Sciences Research Council Newcastle-Liverpool-Durham Doctoral Training Partnership, dem Lister Institute of Preventive Medicine, dem Biophysical Sciences Institute der Durham University und dem Wellcome Trust finanziert.
