Ilmuwan Weizmann Mengungkap Peran Retron dalam Bakteri

Ilmuwan Weizmann Mengungkap Peran Retron dalam Bakteri


Newswise – Struktur hibrida aneh yang disebut retron yang setengah RNA, setengah DNA untai tunggal ditemukan di banyak spesies bakteri. Sejak penemuan mereka sekitar 35 tahun yang lalu, para peneliti telah mempelajari cara menggunakan retron untuk menghasilkan untaian tunggal DNA di laboratorium – namun meskipun penelitian ekstensif tentang masalah tersebut, fungsi reton dalam bakteri tidak diketahui. Sekarang, dalam makalah yang diterbitkan di Sel, Peneliti Weizmann Institute of Science melaporkan bahwa misteri lama telah dipecahkan: Retron adalah “penjaga” sistem kekebalan yang menjamin kelangsungan hidup koloni bakteri ketika terinfeksi oleh virus.

Selain mengungkap strategi baru yang digunakan oleh bakteri untuk melindungi diri mereka sendiri dari infeksi virus – sebuah strategi yang secara mengejutkan mirip dengan yang digunakan oleh sistem kekebalan tanaman – penelitian tersebut mengungkapkan banyak retron baru yang mungkin, di masa depan, menambah genom. toolkit -editing.

Penelitian yang dilakukan di lab Prof. Rotem Sorek dari Institut Departemen Genetika Molekuler, dipimpin oleh anggota lab Adi Millman, Dr. Aude Bernheim, dan Avigail Stokar-Avihail. Prof. Sorek dan timnya tidak berangkat untuk memecahkan misteri retron; sebaliknya, mereka mencari elemen baru dari sistem kekebalan bakteri – khususnya, elemen yang membantu bakteri menangkis infeksi virus. Pencarian para ilmuwan menjadi lebih mudah dengan temuan baru-baru ini bahwa gen dalam sistem kekebalan bakteri cenderung berkumpul bersama dalam genom yang disebut “pulau pertahanan”. Ketika mereka menemukan tanda unik dari retron di pulau pertahanan bakteri, tim memutuskan untuk menyelidiki lebih lanjut.

Penelitian awal mereka menunjukkan bahwa retron ini benar-benar terlibat dalam melindungi bakteri dari virus yang dikenal sebagai fag yang berspesialisasi dalam menginfeksi bakteri. Ketika para peneliti melihat lebih dekat pada retron tambahan yang terletak di dekat gen pertahanan yang diketahui, mereka menemukan bahwa retron selalu terhubung – secara fisik dan fungsional – dengan satu gen lain. Ketika gen yang menyertai atau retron bermutasi, bakteri kurang berhasil dalam melawan infeksi fag.

Para peneliti kemudian mulai mencari lebih banyak kompleks gen retron di pulau-pulau pertahanan, akhirnya mengidentifikasi sekitar 5.000 retron, banyak di antaranya baru, di pulau pertahanan yang berbeda dari banyak spesies bakteri.

Untuk memeriksa apakah retron ini berfungsi, secara umum, sebagai mekanisme kekebalan, para peneliti mentransplantasikan banyak retron, satu per satu, ke dalam sel bakteri laboratorium bebas retron. Seperti yang diduga, dalam sejumlah besar sel ini mereka menemukan reton yang melindungi bakteri dari infeksi fag.

Bagaimana retron melakukan ini? Berfokus pada satu jenis retron tertentu dan menelusuri tindakannya dalam menghadapi infeksi fag, para peneliti menemukan bahwa fungsinya adalah menyebabkan sel yang terinfeksi melakukan bunuh diri. Bunuh diri sel, yang pernah dianggap hanya milik organisme multiseluler, adalah cara terakhir untuk menghentikan infeksi yang meluas – jika, yaitu, mekanisme bunuh diri bekerja cukup cepat untuk membunuh sel sebelum virus selesai membuat salinan dirinya sendiri dan menyebar ke orang lain. sel.

Penyelidikan lebih lanjut menunjukkan bahwa retron tidak merasakan invasi fag itu sendiri, tetapi mengawasi bagian lain dari sistem kekebalan yang dikenal sebagai RecBCD, yang merupakan salah satu garis pertahanan pertama bakteri. Jika ia menyadari bahwa fag telah merusak RecBCD sel, retron mengaktifkan programnya melalui gen kedua yang terkait untuk membunuh sel yang terinfeksi dan melindungi sisa koloni.

“Ini adalah strategi yang cerdas, dan kami menemukan cara kerjanya mirip dengan mekanisme pelindung yang digunakan dalam sel tumbuhan,” kata Prof. Sorek. “Sama seperti virus yang menginfeksi tanaman, fag dilengkapi dengan berbagai macam penghambat untuk memblokir berbagai macam bagian dari respon kekebalan sel. Retron, seperti mekanisme pelindung yang diketahui ada pada tumbuhan, tidak perlu mampu mengidentifikasi semua kemungkinan penghambat, hanya untuk menangani fungsi satu kompleks imun tertentu. Sel tanaman yang terinfeksi menerapkan metode ‘bunuh diri lokal’ ini, membunuh sebagian kecil daun atau akar, dalam upaya menyelamatkan tanaman itu sendiri. Karena sebagian besar bakteri hidup dalam koloni, strategi yang sama ini dapat meningkatkan kelangsungan hidup grup, bahkan dengan mengorbankan anggota individu. ”

Retron sangat berguna untuk bioteknologi karena retron dimulai dengan sepotong RNA, yang merupakan cetakan untuk sintesis untai DNA. Dalam urutan retron, templat ini dapat ditukar dengan urutan DNA apa pun yang diinginkan dan digunakan – terkadang dalam hubungannya dengan CRISPR, alat lain yang dipinjam dari perangkat kekebalan bakteri – untuk memanipulasi gen dengan berbagai cara. Prof. Sorek dan timnya percaya bahwa beragam daftar retron yang mereka identifikasi mungkin berisi lebih dari beberapa yang dapat memberikan templat yang lebih baik untuk kebutuhan penyuntingan gen tertentu.

Penelitian Prof. Rotem Sorek didukung oleh Knell Family Center for Microbiology, yang dipimpinnya; Institut Kepemimpinan Keluarga Willner untuk Institut Sains Weizmann; Program Jembatan Sagol Weizmann-MIT; Program Ilmu Kolaborasi Schwartz / Reisman; Yayasan Ben B. dan Joyce E. Eisenberg; Proyek Yotam; dan Dewan Riset Eropa.

Institut Sains Weizmann di Rehovot, Israel, adalah salah satu lembaga penelitian multidisiplin peringkat teratas di dunia. Komunitas ilmiah yang beranggotakan 3.800 orang di Institut terlibat dalam penelitian yang menangani masalah penting dalam kedokteran dan kesehatan, energi, teknologi, pertanian, dan lingkungan. Ilmuwan muda terkemuka dari seluruh dunia mengejar gelar lanjutan di Sekolah Pascasarjana Feinberg Institut Weizmann. Penemuan dan teori para ilmuwan Weizmann Institute memiliki dampak besar pada komunitas ilmiah yang lebih luas, serta pada kualitas hidup jutaan orang di seluruh dunia.


Diposting Oleh : http://54.248.59.145/

About the author