Наші клітини і бактерії воюють з вірусами схожою зброєю.
Наша імунна система - це величезна кількість самих клітин, які рищуть по організму в пошуках небезпечних чужинців з тим, щоб їх знищити; ці клітини спілкуються один з одним та іншими органами за допомогою величезного набору сигнальних молекул. Сюди варто додати і різноманітну зброю, яку імунні клітини використовують проти хвороб - від білків антитіл до хлорнуватистої кислоти; сюди варто додати і різноманітні захисні механізми, які вбудовані в будь-які наші клітини, не тільки імунні. Але імунітет, очевидно, не з'явився прямо відразу в такому складному вигляді, окремі його «цеглинки» виникали в живих організмах з давніх пір - якісь окремі частини тваринного імунітету можна виявити, наприклад, у бактерій.
Так, у бактерій є білки, дуже схожі на так звані TIR-домени: шматки великих рецепторів у клітинах тварин і рослин, які допомагають клітинам тварин і рослин розпізнавати молекулярні структури, властиві мікробам. У нас TIR-домени дуже важливі для вродженого імунітету; а бактеріям TIR-білки допомагають відбивати атаки вірусів-бактеріофагів. Інший приклад - система розпізнавання вірусної РНК, яка є у бактерій і архей, і яка схожа на таку ж систему у рослин і тварин.
Ще один випадок бактеріального імунітету, який потім став у нагоді багатоклітинним, описаний в Nature дослідниками з Інституту Вейцмана. Мова про систему cGAS-STING, яка тваринам служить захистом від вірусів. cGAS і STING - два ключових білки: якщо на клітку напав вірус, чий геном закодовано в ДНК, то фермент cGAS синтезує спеціальну сигнальну молекулу, яка активує STING. Скорочення STING означає Stimulator of Interferon Genes, тобто стимулятор інтерферонових генів: STING активує інший білок, який вже йде в ядро і включає гени, що запускають противірусне запалення.
Гени, схожі на систему cGAS, є і у бактерій. Автори роботи помітили, що бактеріальні гени розташовуються з іншими противірусними генами, які кодують систему CRISPR-Cas. (Про систему CRISPR-Cas ми часто чуємо в біотехнологічних новинах: на основі CRISPR-Cas вдалося зробити досить точну систему редагування ДНК.) Раз гени cGAS знаходиться в геномі поруч з CRISPR-Cas, то, можливо, він теж бере участь у відбитті вірусної атаки, і коли в бактерії включається CRISPR-Cas, то разом з ним включається і система cGAS.
Дослідники вирішили перевірити, як почуватимуться холерний вібріон і кишкова паличка, якщо позбавити їх cGAS. Бактерії, у яких ці гени не працювали, повністю втрачали стійкість до самих різних вірусів. Під стійкістю тут мається на увазі виживання всієї бактеріальної колонії: окрема клітина, в яку проник вірус, все одно гинула. Але тільки в одному випадку вона гинула від вірусу, який в ній успішно розмножувався, а в іншому випадку вона гинула разом з вірусами завдяки системі cGAS.
Оскільки ця система працює у бактерій інакше, ніж у тварин клітинах, її назвали CBASS - cyclic-oligonucleotide-based anti-phage signalling system, або антифагова сигнальна система, що використовує циклічні олігонуклеотиди. Сигнальні молекули, які синтезує фермент cGAS, це якраз циклічні олігонуклеотиди і є: вони активують ще один фермент, який руйнує мембрану бактеріальної клітини; або ж у справу включаються білки, які створюють у мембрані несумісну з життям пору; або ж ті, що просто розщеплюють геном самої бактерії. Так чи інакше, бактерія гине разом з вірусами, але зате колонія в цілому залишається незараженою.
Противірусна система CBASS є у 10% бактеріальних штамів - з тих, чиї геноми нам відомі, так-то вона може бути ще більш поширена. При цьому CBASS досить різноманітна; наприклад, різні бактерії використовують різні сигнальні молекули (хоча всі такі молекули належать до одного типу циклічних олігонуклеотидів) або ж у них спрацьовують різні механізми суїциду. Така різноманітність пов'язана, швидше за все, з тим, що віруси вчилися долати противірусний захист, а бактерії, зі свого боку, створювали в ній нові, незнайомі вірусам модифікації.
За словами дослідників, у деяких випадках в систему CBASS входять і ті білки, про які йшлося на початку - які відповідають іншим «цеглинкам» тваринного імунітету. Так що можливо, що наш імунітет починався з обкатки різних способів противірусного захисту у якихось бактеріеподібних одноклітинних, і поступово ускладнюючись, переходячи від одних організмів до інших, навчився воювати не тільки з вірусами, але і з бактеріями, і з раковими клітинами.