3 сентября 2026 года

03.09.2026

Это SPARDA – система самоуничтожения и самозащиты бактерий, которая в будущем может стать диагностическим инструментом 

Технология CRISPR положила начало золотому веку генетических исследований. Системы CRISPR позволили учёным редактировать генетическую информацию проще, чем когда-либо прежде. Хотя CRISPR наиболее известен своим применением в редактировании генов, на самом деле это адаптированная бактериальная система иммунной защиты, которая была перепрофилирована для использования человеком.
Но в природе существуют сотни подобных систем с неизученным потенциалом для редактирования генов.
Недавно учёные добились огромных успехов в объяснении того, как работает ещё одна бактериальная защитная система под названием SPARDA (короткий прокариотический аргонаут,
ассоциированный с ДНК-азой), и эти достижения открывают потенциал для биотехнологических инструментов, которые могли бы улучшить диагностику, в настоящее время использующую CRISPR.
До этой работы исследователи проводили лишь ограниченные исследования систем SPARDA. Они установили, что белки, составляющие эту систему, используют подход, подобный «камикадзе», для защиты клеток, оберегая более широкую популяцию бактерий от чужеродной ДНК, включая свободно плавающую ДНК, называемую плазмидами, и вирусы, называемые фагами.
Было продемонстрировано, что системы SPARDA защищают бактерии от плазмидов и фагов, разрушая ДНК как инфицированных клеток, так и захватчиков, тем самым убивая клетку-хозяина, но в то же время предотвращая дальнейшее распространение инфекции в бактериальной популяции.
Система SPARDA построена на основе белков аргонаута, названных так из-за их сходства с осьминогами-аргонавтами, однако принцип работы SPARDA на молекулярном уровне оставался неясным.
Используя анализ на основе искусственного интеллекта,
исследователи изучили системы SPARDA, случайным образом отобранные из двух разных бактерий и помещённые в модельный образец E.coli.
Молекулярный анализ показал, что каждый из их белков аргонаута включает в себя критически важную «активирующую область». Они назвали эту область бета-реле, потому что она напоминала электрические реле, которые управляют механизмами, переключаясь между состояниями «включено» и «выключено».
Когда системы SPARDA обнаруживали внешние угрозы, эти переключатели меняли свою форму. Новая форма позволяла белкам образовывать комплексы с другими активированными белками аргонаута. В этом случае белки выстраиваются, как солдаты на параде, образуя длинные спиралевидные цепочки. Эти цепочки расщепляют любую окружающую ДНК, с которой сталкиваются, в экстремальной реакции, которая не щадит ни хозяина, ни захватчика, что предотвращает распространение инфекции на другие клетки.
Система SPARDA необходима для защиты бактерий, но исследователи утверждает, что она может помочь и людям. Активация SPARDA – это крайняя мера для бактериальных клеток, применяемая только при явном наличии инфекции. Поэтому система включает в себя невероятно точную систему распознавания, позволяющую обнаруживать чужеродную ДНК, которая потребовала бы самоуничтожения.
▫️Учёные считают, что эту систему можно перепрофилировать для диагностики. В этом случае бета-реле можно было бы
модифицировать таким образом, чтобы оно активировалось только при обнаружении интересующей генетической последовательности – например, реагировало бы только на генетический материал вируса гриппа или SARS-CoV-2.
Этот механизм лежит в основе действующих диагностических систем на основе CRISPR. Однако, в настоящее время диагностические системы CRISPR имеют ограниченную функциональность — они распознают цели только тогда, когда их окружают определенные последовательности ДНК, называемые PAM-последовательностями. Эти последовательности подобны штырькам на конце вилки; если они не соответствуют розетке, система не будет работать. Это означает, что выбор правильного белка CRISPR для соответствия конкретной цели имеет решающее значение.
Системам SPARDA не требуется последовательность PAM. Это означает, что они могут действовать как универсальный адаптер, обеспечивая будущим методам ДНК-диагностики большую гибкость и, в конечном счёте, улучшая способность тестов обнаруживать широкий спектр микроорганизмов.