Бактериофаги — самая распространённая форма жизни на Земле. Они заражают бактериальные клетки и оказывают значительное влияние на структуру микробного сообщества. Чтобы отражать атаки фагов, бактерии развили свои собственные механизмы защиты, самыми распространёнными из которых являются системы рестрикции-модификации (R-M) и CRISPR-Cas. В дополнение к этому бактерии кодируют арсенал из нескольких сотен более редких и малоизученных систем защиты, некоторые из которых, как например BREX, используют модификацию собственной ДНК для отличения её от ДНК вирусов, но устроены такие системы значительно сложнее, чем классические R-M системы.

Исследователи из Лаборатории анализа метагеномов Сколтеха под руководством Артёма Исаева совместно с коллегами из Великобритании изучили метилтрансферазу BREX системы, и благодаря установлению структуры белка смогли изменить его специфичность к ДНК-сайтам, что позволило также значительно усилить антивирусную защиту. Результаты исследования представлены в журнале Nature Communications. Исследование поддержано грантом РНФ.

«Мы в лаборатории занимаемся изучением BREX-системы с момента её открытия. Она достаточно сложна, так как состоит из шести белков, и интересна тем, что совмещает классический принцип метилирования ДНК с новыми механизмами защиты от вирусной инфекции. В этой работе мы постарались разобраться, как происходит распознавание чужеродной и собственной ДНК BREX-системой и какую роль в этом играет белок метилтрансфераза — BrxX. Наши коллеги из лаборатории Дмитрия Гилярова разрешили структуру белка BrxX в комплексе с сайт-специфичным ДНК-субстратом и смогли расшифровать, каким образом происходит распознавание конкретных букв (нуклеотидов) в BREX-сайте. Располагая этой информацией, мы смогли провести мутагенез белка BrxX и тем самым запрограммировать его на распознавание новых ДНК-сайтов. Неожиданным образом это также значительно усилило противовирусную активность BREX-системы», — поделилась первый автор работы Алёна Дробязко, выпускница аспирантуры Сколтеха по программе «Науки о жизни».

«В работе мы также показали, что белок BrxX необходим не только для метилирования бактериальной ДНК, но также и на этапе защиты. Что интересно, метилтрансфераза BrxX оказалась неактивной в условиях in vitro и in vivo экспериментов и работала только в условиях сборки крупного BREX-комплекса. То есть в отличие от простых R-M систем II типа, где метилаза и рестриктаза является двумя отдельными белками, в случае BREX и метилирование собственной ДНК, и распознавание вирусной неметилированной ДНК, и её дальнейшая рестрикция осуществляются „супра-молекулярным“ BREX-комплексом. Очень интересно установить, как BREX-система принимает решение о том, атаковать или защищать ДНК, и как именно устроен механизм защиты, что мы и планируем изучить в дальнейшем», — рассказал соавтор работы, аспирант программы Сколтеха «Науки о жизни» Михаил Скутель.