Пожалуй, про систему CRISPR/Cas и редактирование генома с ее помощью сейчас знает каждый, так или иначе связанный с биологией. Последние несколько лет множество ученых по всему миру исследует различные аспекты биологии этой системы и пытается применить ее для редактирования геномов самых разных организмов. Было показано, что, помимо белков Cas, в работе CRISPR/Cas иногда принимают участие и другие белки, причем в некоторых случаях они критически необходимы для функционирования системы в качестве защиты бактерий от фагов. Например, для работы систем CRISPR/Cas III типа, в котором приобретение новых спейсеров нередко происходит посредством обратной транскрипции, необходим белок Csm6, обладающий активностью РНКазы.

Недавно предложили новый подход, позволяющий предсказать, связан ли тот или иной белок с работой CRISPR/Cas [4]. С помощью этого метода удалось показать участие в работе CRISPR/Cas 79 генов, которые кодируют белки с самыми разными функциями.

Новый инструмент устроен следующим образом (рис. 1). Для анализа выбирают гены, расположенные на расстоянии до 10 т.п.н. от локуса CRISPR, гена cas1 или других эффекторных последовательностей, которые необходимы для работы CRISPR/Cas. Далее для каждого гена-кандидата подсчитывают значения трех параметров. Это расстояние от CRISPR или связанного генетического элемента (гена cas1 или эффекторных модулей), общее количество копий гена в геноме и параметр, получивший название CRISPRicity, который представляет собой отношение частоты встречаемости гена в связке с CRISPR к общей частоте встречаемости гена. В зависимости от значений этих параметров проверяемые гены подразделяют на:

• гены, связанные с CRISPR (в их число входят гены cas и гены, для продуктов которых связь с CRISPR уже показана экспериментально);
• гены, не связанные с CRISPR (хорошо изученные белки со строго определенными функциями, которые не имеют отношения к CRISPR);
• гены, которым не удалось вынести окончательный вердикт.

В общей сложности новый метод позволил идентифицировать 468 белков-кандидатов. Из них, как показали дополнительные проверки, с большой долей вероятности о связи с CRISPR/Cas можно говорить только в случае 79 белков.

Чем же занимаются эти связанные белки? Их функции весьма разнообразны. Так, с системами III типа часто ассоциирован ген corA, белковый продукт которого представляет собой мембранный канал для двухвалентных катионов, широко распространенный среди бактерий и архей. Предполагается, что он участвует во взаимодействии CRISPR с клеточной мембраной. Иногда связанные белки могут функционировать как РНКазы, протеазы или нуклеотидтрифосфатазы. Некоторые белки, ассоциированные с CRISPR, входят в семейство ферментов аденозин-5′-фосфосульфатредуктаз или АДФ-рибозилтрансфераз.

Любопытно, что эволюционные расстояния между видами бактерий, подсчитанные по последовательностям генов corA и cas10, совпадают, однако отличаются от значений, определенных по локусу 16S рРНК. Таким образом, по крайней мере, в некоторых случаях наблюдается коэволюция системы CRISPR/Cas и ассоциированных с ней генов, причем и те, и другие локусы активно передаются при помощи горизонтального переноса генов.

Литература

1. CRISPR-системы: иммунизация прокариот;
2. Просто о сложном: CRISPR/Cas;
3. CRISPR-эпопея и ее герои;
4. Sergey A. Shmakov, Kira S. Makarova, Yuri I. Wolf, Konstantin V. Severinov, Eugene V. Koonin. (2018). Systematic prediction of genes functionally linked to CRISPR-Cas systems by gene neighborhood analysis. Proc Natl Acad Sci USA. 115, E5307-E5316.