BOZEMAN – Naukowcy z Montana State University od dziesięcioleci badają wyjątkowe układy odpornościowe, a zespół badawczy z Wydziału Mikrobiologii i Biologii Komórki wykonał kolejny krok naprzód dzięki pracy opisanej w artykule opublikowanym w cenionym czasopiśmie Natura.

Artykuł z 7 sierpnia zatytułowany „A virusly-encoded tRNA neutralizes the PARIS antiviral defense system” został przyspieszony do publikacji przez czasopismo ze względu na znaczenie ustaleń. Doktorant MSU Nate Burman jest głównym autorem, wraz z profesorem Blake’iem Wiedenheftem, sześcioma innymi naukowcami MSU i współpracownikami z Francji, Rosji i Szwecji.

Badania eksplorują układ odpornościowy PARIS, którego bakterie używają do ochrony przed infekcjami wirusowymi. Praca z PARIS, co oznacza Phage Anti-Restriction Induced System, opiera się na trwających badaniach Wiedenheft nad CRISPR, lub regularnie rozproszonych krótkich palindromicznych powtórzeń, dziedziny, w której Wiedenheft jest wiodącym naukowcem na świecie.

„W naturze CRISPR są częścią rodziny adaptacyjnych układów odpornościowych u bakterii, ale naukowcy wykorzystali te układy odpornościowe jako programowalne skalpele molekularne, które są obecnie wykorzystywane do naprawy uszkodzonego DNA w terapiach ratujących życie” — powiedział Burman, który rozpoczyna trzeci rok studiów doktoranckich. „Jednak CRISPR nie są jedynymi istniejącymi bakteryjnymi układami odpornościowymi. Unikalną cechą PARIS jest to, że rozpoznaje białka wirusowe zamiast kwasu nukleinowego. Jest to podobne do sposobu działania ludzkiej odpowiedzi immunologicznej. PARIS jest całkowicie inny niż ludzki układ odpornościowy, ale analogia koncepcyjna jest intrygująca”.

Jednym z kluczowych nowych odkryć w artykule jest pierwszy kompletny obraz tego, jak wygląda system PARIS. Aby wygenerować ten obraz, Burman użył unikalnego, ultramocnego mikroskopu znajdującego się w MSU. Jest to sprzęt, do którego dostęp ma niewiele kampusów w całym kraju, znajdujący się w Cryo-EM Core Facility MSU, a MSU był dopiero drugim uniwersytetem w regionie, który nabył taki sprzęt w 2021 r.

„Korzystając z najnowocześniejszego kriomikroskopu elektronowego w MSU, Nate był w stanie „zobaczyć” kompleks PARIS, który tworzy się wewnątrz komórki bakteryjnej” — powiedział Wiedenheft. „To szalone myśleć, że teraz możemy zajrzeć do komórek i zobaczyć maszyny, które wykonują pracę niezbędną do utrzymania życia lub obrony przed infekcją”.

Struktura PARIS ujawnia kompleks w kształcie śmigła, który zużywa ATP, czyli energię, w poszukiwaniu inwazyjnych białek wirusowych. Wykrycie obcego białka wyzwala uwolnienie toksyny, która zatrzymuje replikację wirusa, chroniąc zdrowe komórki.

Istnieje wiele układów odpornościowych PARIS, które działają na różne sposoby, powiedział Burman, a kolejne kroki w tym badaniu będą obejmować identyfikację czynników wyzwalających, które aktywują te układy. Wiedza o tym, jak PARIS rozpoznaje atak wirusowy i inicjuje odpowiedź, może poszerzyć zrozumienie tego, w jaki sposób różne rodzaje odporności zapewniają ochronę, w tym w organizmach wykraczających poza bakterie.

Ponieważ badacze w laboratorium Wiedenhefta nadal działają na pierwszej linii biologii strukturalnej, Burman powiedział, że instytucjonalne wsparcie dla ich pracy naukowej stworzyło wspólną domenę dla naukowców, niezależnie od tego, na jakim etapie kariery się znajdują. Doświadczenie badawcze Burmana w Bozeman rozpoczęło się, gdy był studentem studiów licencjackich w Carroll College w Helenie i uczestniczył w doświadczeniu badawczym dla studentów, czyli REU, na MSU. Teraz cieszy się z możliwości bycia mentorem dla młodych naukowców, którzy przyjdą po nim.

„Blake udzielił nam ogromnego wsparcia i naprawdę motywuje nas do myślenia na wielką skalę o małych białkach, o tym, jak działają w naturze i jak moglibyśmy je wykorzystać na nowe sposoby” – powiedział Burman.