Desde a época de Darwin, sabe-se que o mundo é uma antiga arena de luta pela existência de todos os seres vivos. A morte, mais cedo ou mais tarde, destrói tudo o que não consegue resistir a esta luta, a esta competição com criaturas mais perfeitas e mais adaptadas à vida. No entanto, talvez o próprio Darwin não suspeitasse que no mundo que está além dos limites da visão humana, entre os menores seres vivos, entre os micróbios, trava-se a mesma luta milenar pela existência. Mas quem está lutando contra quem? Que tipos de armas são usadas? Quem é derrotado e quem é o vencedor?

Os cientistas não encontraram respostas imediatas para essas e outras perguntas semelhantes. Durante muito tempo, os pesquisadores tiveram apenas observações isoladas à sua disposição.

Em 1869, um professor da Academia Médica Militar, Vyacheslav Avksentievich Manassein, percebeu que se o mofo se instalasse em um meio nutriente, as bactérias nunca cresceriam nele. Ao mesmo tempo, outro cientista, o professor Alexey Gerasimovich Polotebnev, colocou em prática a observação do seu colega. Ele tratou com sucesso feridas purulentas com bandagens contendo mofo verde, que raspou cascas de limão e laranja.

Louis Pasteur notou que geralmente os bacilos do antraz crescem bem em um caldo nutritivo, mas se bactérias putrefativas entrarem nesse caldo, elas começam a se multiplicar rapidamente e a “obstruir” os bacilos do antraz.

Ilya Ilyich Mechnikov estabeleceu que as bactérias putrefativas, por sua vez, são suprimidas pelas bactérias do ácido láctico, que formam o ácido láctico, que é prejudicial para elas.

Vários outros fatos do mesmo tipo eram conhecidos. Isso foi o suficiente para dar origem à ideia de utilizar a luta dos microrganismos entre si para tratar doenças. Mas como? E quais?

Agora, se pudéssemos olhar para a vida do microcosmo, consideraríamos o que os micróbios fazem num ambiente natural, e não numa cultura de laboratório cultivada artificialmente. Na verdade, um grama de solo retirado em algum lugar da floresta ou do jardim contém vários milhares de esporos de fungos de mofo, várias centenas de milhares de outros fungos actinomicetos, milhões de bactérias de vários tipos, sem mencionar amebas, ciliados e outros animais.

E, claro, em comunidades tão próximas, os micróbios estabelecem diversas relações entre si. Aqui podem ser observados casos de assistência mútua - simbiose e luta feroz entre representantes de diferentes espécies microbianas, o chamado antagonismo natural dos micróbios e simplesmente uma atitude indiferente entre si.

Mas como ver isso?!

Kyiv. 1930 O professor associado da Universidade de Kiev, Nikolai Grigorievich Kholodny, realizou experimento após experimento, tentando encontrar “uma maneira de estudar microorganismos em seu ambiente natural”. Eles já encontraram esse método para micróbios que vivem no ambiente aquático. Mas como observar a vida dos micróbios no solo?

Depois de coletar amostras de solo nas proximidades de Kiev, Kholodny não saiu do laboratório por vários dias. Além disso, o laboratório da universidade é a sua casa. O apartamento onde Nikolai Grigorievich morava antes foi destruído por um projétil de artilharia em 1919. Desde então, qh fixou residência no laboratório. Indiferente aos bens materiais e às conveniências da vida, ele até pensa que está bem acomodado: pode trabalhar a qualquer hora do dia.

Agora Kholodny já é um conhecido pesquisador de bactérias de ferro, o “padrinho” de várias espécies até então desconhecidas do gênero Leptothrix. Vários anos se passarão e dois de seus artigos, “A câmara do solo como método para estudar a microflora” e “Método para estudo direto da microflora do solo”, marcarão o início de uma nova direção na microbiologia. As “guerras germinativas” em seu estado natural serão objeto de estudo direto. Mas enquanto uma técnica após outra é tentada, a experiência segue a experiência. Muito do que Kholodny descobriu foi insatisfatório e complexo. Em todos os seus desenvolvimentos metodológicos ele busca a simplicidade. O método deve ser tal que possa ser facilmente utilizado por qualquer pesquisador. Por exemplo, com uma faca afiada, um cientista faz um corte vertical no solo e insere nele um pedaço quadrangular de vidro esterilizado, o vidro é enterrado. Com o tempo, fica coberto com soluções de solo, pequenas partículas de solo, entre as quais se instalarão os microrganismos que nele vivem. Agora só falta retirar o vidro e, após processamento especial, examiná-lo ao microscópio. As partículas do solo e os micróbios aderidos ao vidro são preservados em sua localização natural e, assim, podem-se observar “quadros” individuais de um filme grandioso sobre a vida dos micróbios no solo. Parece que você não poderia imaginar nada mais simples.

Na verdade, era isso que Kholodny procurava com tanta persistência. Ele viu como o mundo dos micróbios vivia sua própria vida tempestuosa e secreta. A cada segundo acontecia aqui uma luta feroz, levando à morte de alguns habitantes e ao aumento da reprodução de outros.

Agora os cientistas sabem que armas os diferentes tipos de micróbios usam nas suas “guerras” em curso. Isto não é necessariamente destruição direta, como fazem as amebas e os ciliados com as bactérias. Muitas vezes, os micróbios usam outros métodos para influenciar seus inimigos. A levedura de vinho, por exemplo, produz álcool e as bactérias do ácido acético produzem ácido acético. Tais “armas químicas” inibem o desenvolvimento da maioria dos outros tipos de micróbios, sendo venenosas para eles. É como uma arma contra todos que ousam se aproximar.

Porém, no arsenal de alguns microrganismos também existem armas com visão “pessoal”. É dirigido apenas contra certos tipos de micróbios, inibe apenas eles e não afeta todos os outros microrganismos. Via de regra, essas substâncias são produzidas especificamente para atacar e proteger contra micróbios, que os primeiros encontram com mais frequência em suas vidas. Essas substâncias são chamadas de antibióticos.

Os microrganismos do solo produzem especialmente muitos antibióticos. Isso é compreensível - afinal, no solo, tipos individuais de micróbios formam aglomerados inteiros. Tendo criado uma zona de proteção antibiótica em torno de tal “assentamento”, os micróbios ficam atrás dele, como atrás de um muro de fortaleza. Além disso, serve-lhes não apenas como protecção fiável, mas até certo ponto até como meio de ataque, uma vez que à medida que a colónia cresce, as “muralhas da fortaleza” afastam-se e os seus habitantes expandem as suas posses. A propósito, isso deixa claro porque os microrganismos aquáticos não produzem antibióticos. Você não pode criar uma fortaleza na água, e os vizinhos aqui são inconstantes. Aqui você precisa de uma arma contra todos que se atrevem a se aproximar - digamos, algum tipo de ácido.

Um conhecimento próximo da microflora do solo mostrou que existem muitos micróbios antagônicos do solo e a maioria deles, para resolver a questão principal da luta pela existência “viver ou não viver”, produz substâncias antibióticas que matam os inimigos.

Muitos anos de pesquisa sistemática do cientista soviético Nikolai Aleksandrovich Krasilnikov mostraram que vários tipos de fungos e os chamados fungos radiantes - actinomicetos - são especialmente difundidos no solo. Ambos produzem antibióticos.

Este é talvez o único meio de proteção contra bactérias, para as quais os cogumelos são um alimento saboroso. A propósito, as próprias bactérias também produzem antibióticos, mas contra as amebas do solo e os ciliados que as caçam. Este fato interessante foi estabelecido pela primeira vez pelo professor Alexander Aleksandrovich Imshenetsky.

Então, parece que tudo é simples. Existem muitos micróbios que produzem antibióticos. Resta tirar deles essa arma, isolá-la em sua forma pura e usá-la como remédio contra bactérias patogênicas. Mas não estava lá!

Na verdade, existem muitos antibióticos. Assim, somente do solo da região de Moscou no laboratório do professor Georgy Frantsevich Gause foi isolado uma cultura pura. Das 556 cepas de fungos do solo, 234 delas revelaram-se produtoras de uma grande variedade de antibióticos. A maioria das cepas (56%) produziu antibióticos antibacterianos; 23% eram generalistas: os seus antibióticos suprimiam tanto o crescimento de bactérias como o crescimento de outros fungos; o restante empunhava armas apenas contra seus companheiros cogumelos de outras espécies.

O solo de outros locais também possui uma rica gama de produtores de antibióticos. No entanto, a história da “bala mágica” de Ehrlich é repetida aqui: os antibióticos revelam-se tóxicos não apenas para os patógenos, mas também para o corpo humano.

Por um lado, existem muitos antibióticos na natureza, mas apenas alguns podem ser usados ​​como medicamentos. No entanto, isso só se tornou conhecido depois que o acaso interveio na busca de novos meios de combater os micróbios patogênicos. E embora os cientistas nunca contem com o acaso em seu trabalho, e hipóteses e caminhos de pesquisa sejam construídos com base em padrões já conhecidos, na história da ciência podem-se encontrar muitos exemplos em que o desenvolvimento posterior foi determinado por um feliz acidente. Mas o acaso não é cego. “O destino”, como disse Pasteur, “abençoa apenas mentes preparadas”.

Então foi desta vez.

Vírus e bactérias – um grande confronto

A criação de uma moderna tecnologia de edição de genoma, que já foi utilizada com sucesso em diversos animais, plantas, fungos e bactérias, baseia-se na pesquisa de sistemas bacterianos CRISPR-Cas. Inicialmente, presumia-se que estivessem envolvidos na eliminação de danos ao DNA bacteriano, mas em 2007 ficou claro que o verdadeiro propósito desses sistemas é o combate a vírus bacterianos e bacteriófagos. Em apenas nove anos, a ciência percorreu um longo caminho desde a descoberta do mecanismo da imunidade bacteriana até a edição dos genomas humanos - atualmente estão sendo realizados os primeiros experimentos de edição do DNA de embriões humanos. As bactérias também possuem outros mecanismos “imunes”, cujo estudo pode criar as condições prévias para novos avanços na biomedicina

Bacteriófagos são vírus que infectam apenas bactérias. Durante a infecção, afetam todos os processos vitais da célula bacteriana, transformando-a essencialmente em uma fábrica para a produção de descendentes virais. Eventualmente, a célula é destruída e as partículas virais recém-formadas saem e podem infectar novas bactérias.

Apesar do grande número e diversidade de fagos naturais, raramente os encontramos. Porém, há situações em que a atividade destes vírus não passa despercebida. Por exemplo, em empresas onde são produzidos queijos, iogurtes e outros produtos lácteos, muitas vezes têm de lidar com um ataque viral às bactérias que fermentam o leite. Na maioria destes casos, a infecção fágica se espalha na velocidade da luz e as bactérias benéficas morrem, o que leva a perdas econômicas significativas (Neve e outros., 1994).

Foi graças à investigação aplicada no interesse da indústria leiteira, destinada a obter estirpes de bactérias lácticas resistentes a bacteriófagos, que foram descobertos vários mecanismos pelos quais as bactérias evitam a infecção. Paralelamente, foram estudadas as formas pelas quais os vírus, por sua vez, superam os sistemas de defesa bacterianos (Moineau e outros., 1993).

Quem está protegido está armado

Hoje existem cinco mecanismos de defesa principais e muito engenhosos que as bactérias desenvolveram na luta constante contra os vírus: uma mudança no receptor na superfície celular; exclusão de superinfecção; sistemas de infecção abortivos; sistemas de modificação de restrições e finalmente sistemas CRISPR-Cas.

No decorrer da evolução, houve, e ainda há, a seleção de bactérias capazes de evitar a morte quando infectadas por vírus, o que, por sua vez, serve de incentivo para que os bacteriófagos melhorem suas estratégias agressivas. Esta “corrida armamentista”, que durou vários bilhões de anos, ou seja, exatamente desde que as próprias bactérias e seus inimigos existiram, deu origem a uma série de mecanismos sofisticados de defesa e ataque.

Um ataque viral começa com a ligação de um fago a um receptor específico na superfície de uma célula bacteriana, mas com a perda do receptor ou alteração em sua estrutura a ligação do vírus não ocorre. As bactérias podem mudar de receptores dependendo das condições ambientais, como a densidade e diversidade de microrganismos no ambiente, bem como a disponibilidade de nutrientes (Bikard e outros., 2012). Um exemplo interessante são as bactérias da espécie Vibrio anguillarum, que são capazes de formar biofilme, ou seja, uma densa camada de células fixadas em qualquer superfície. Essa bactéria possui uma espécie de “quorum sensing”, devido ao qual, à medida que a densidade celular aumenta, diminui a produção de um receptor ao qual o vírus pode se ligar. Como resultado, o biofilme torna-se quase completamente resistente à infecção (Tan e outros., 2015).

Porém, a perda de receptores nem sempre é benéfica para a bactéria, pois eles desempenham diversas funções importantes, como transportar nutrientes ou formar contatos intercelulares (Lopez-Pascua e outros., 2008). Como resultado, para cada par “bactéria-bacteriófago”, no decorrer da evolução, é encontrada uma solução ótima que fornece um nível aceitável de proteção, mantendo a possibilidade de crescimento bacteriano em diversas condições ambientais.

O seguinte mecanismo de defesa é exclusão de superinfecção. Existem duas rotas principais de infecção conhecidas para bacteriófagos: lítico, levando à morte rápida da bactéria infectada com a liberação da progênie viral, e prolongada lisogênico o caminho, quando o material hereditário do vírus está dentro do genoma da bactéria, se duplica apenas com o DNA do hospedeiro, sem causar danos à célula. Quando a célula está em estado de infecção lisogênica, então, do ponto de vista do vírus “doméstico” ( profago), sua infecção por outro vírus é indesejável.

Na verdade, muitos vírus que integraram o seu ADN no genoma celular limitam o bacteriófago que entrou recentemente na célula (“superinfecção”) através de proteínas repressoras especiais que não permitem que os genes “intrusos” funcionem (Calendar, 2006). E alguns fagos impedem até que outras partículas virais entrem na célula que infectaram, agindo nos seus receptores. Como resultado, as bactérias que transportam o vírus têm uma vantagem óbvia sobre as suas contrapartes não infectadas.

Em 1978, o geneticista suíço W. Arber e os microbiologistas americanos D. Nathans e G. Smith receberam o Prêmio Nobel pela descoberta de enzimas de restrição. O estudo de sistemas de modificação de restrições levou à criação da tecnologia de clonagem molecular, amplamente utilizada em todo o mundo. Usando enzimas de restrição, os genes podem ser “cortados” do genoma de um organismo e inseridos no genoma de outro, resultando em DNA recombinante quimérico que não existe na natureza. Variações dessa abordagem são usadas por cientistas para isolar genes individuais e estudá-los mais detalhadamente. Além disso, é amplamente utilizado na indústria farmacêutica, por exemplo, para a produção de insulina ou anticorpos terapêuticos: todos os medicamentos deste tipo são criados por clonagem molecular, ou seja, são um produto de modificação genética

Durante a infecção, todos os recursos da célula bacteriana são direcionados para a produção de novas partículas virais. Se houver outras bactérias vulneráveis ​​perto dessa célula, a infecção se espalhará rapidamente e levará à morte da maioria delas. No entanto, para tais casos, as bactérias possuem os chamados sistemas infecção abortiva, o que a levou à morte programada. É claro que este mecanismo “altruísta” não salvará a célula infectada em si, mas impedirá a propagação da infecção viral, o que é benéfico para toda a população. Os sistemas bacterianos de infecção abortiva são muito diversos, mas os detalhes de seu funcionamento ainda não foram suficientemente estudados.

Os meios de proteção antiviral de bactérias também incluem sistemas modificações de restrição, que inclui genes que codificam duas proteínas enzimáticas - enzima de restrição E metilase. A enzima de restrição reconhece certas sequências de DNA com 4 a 6 nucleotídeos de comprimento e introduz nelas quebras de fita dupla. A metilase, pelo contrário, modifica covalentemente estas sequências adicionando grupos metilo a bases nucleotídicas individuais, o que impede o seu reconhecimento pela enzima de restrição.

No DNA de uma bactéria contendo tal sistema, todos os locais são modificados. E se uma bactéria for infectada por um vírus cujo DNA não contenha tal modificação, a enzima de restrição protegerá contra a infecção, destruindo o DNA viral. Muitos vírus “combatem” sistemas de modificação de restrição sem utilizar sequências nos seus genomas que sejam reconhecidas por enzimas de restrição; é óbvio que variantes virais com uma estratégia diferente simplesmente não deixaram descendentes.

O sistema mais recente e atualmente mais interessante de imunidade bacteriana é o sistema CRISPR-Cas, com a ajuda do qual as bactérias são capazes de “escrever” em seu próprio genoma e transmitir aos seus descendentes informações sobre os fagos que encontraram durante suas vidas. A presença de tais “memórias” permite reconhecer o DNA do fago e resistir de forma mais eficaz a ele durante infecções repetidas. Atualmente, os sistemas CRISPR-Cas estão atraindo muita atenção, pois se tornaram a base de uma tecnologia revolucionária de edição de genoma, que no futuro poderá permitir o tratamento de doenças genéticas e a criação de novas raças e variedades de animais e plantas de fazenda.

Você precisa conhecer o inimigo de vista

Os sistemas CRISPR-Cas são um exemplo único de imunidade adaptativa bacteriana. Quando o DNA do fago penetra em uma célula, proteínas Cas especiais inserem fragmentos de DNA viral com 25 a 40 nucleotídeos de comprimento em uma determinada região do genoma bacteriano (Barrangou). e outros., 2007). Tais fragmentos são chamados espaçadores(do inglês espaçador- lacuna), a área onde ocorre a incorporação - Cassete CRISPR(do inglês Repetições palindrômicas curtas agrupadas regularmente interespaçadas), e o processo de aquisição de espaçadores é adaptação.

Para usar espaçadores para combater a infecção por fagos, outro processo deve ocorrer na célula, controlado pelas proteínas Cas, chamado interferência. Sua essência é que durante a transcrição de um cassete CRISPR, uma longa molécula de RNA é formada, que é cortada pelas proteínas Cas em fragmentos curtos - protetores crisprRNA(crRNA), cada um contendo um espaçador. Proteínas Cas juntamente com a molécula de crRNA formam complexo efetor, que varre todo o DNA de uma célula em busca de sequências idênticas ao espaçador ( protoespaçadores). Os protoespaçadores encontrados são clivados por proteínas Cas (Westra e outros., 2012; Jinek e outros., 2012).

Os sistemas CRISPR-Cas são encontrados na maioria dos procariontes – bactérias e arquéias. Embora o princípio geral de operação de todos os sistemas CRISPR-Cas conhecidos seja o mesmo, os mecanismos de sua operação podem diferir significativamente em detalhes. As maiores diferenças se manifestam na estrutura e funcionamento do complexo efetor e, portanto, os sistemas CRISPR-Cas são divididos em vários tipos. Até o momento, foram descritos seis tipos de tais sistemas não relacionados (Makarova e outros., 2015; Shmakov e outros., 2015).

O mais estudado é o sistema do tipo CRISPR-CasI, que pertence a um objeto favorito de pesquisa biológica molecular – a bactéria Escherichia coli ( Escherichia coli). O complexo efetor neste sistema consiste em várias pequenas proteínas Cas, cada uma responsável por diferentes funções: corte de RNA CRISPR não codificante longo, ligação de crRNAs curtos, busca e corte do DNA alvo.

Nos sistemas do tipo II, o complexo efetor é formado por uma única proteína grande, Cas9, que sozinha dá conta de todas as tarefas. Foi a simplicidade e a relativa compactação de tais sistemas que serviram de base para o desenvolvimento da tecnologia de edição de DNA. De acordo com este método, a proteína bacteriana Cas9 e crRNA, que é chamada guia(gRNA). Em vez de um espaçador de origem viral, tal gRNA contém uma sequência alvo correspondente a uma região do genoma de interesse do pesquisador, por exemplo, onde há uma mutação que causa algum tipo de doença. Não é nada difícil obter gRNA “para todos os gostos”.

O complexo efetor Cas9-gRNA introduz uma quebra de fita dupla na sequência de DNA que corresponde exatamente ao RNA guia. Se, junto com Cas9 e gRNA, uma sequência de DNA que não contém uma mutação for introduzida na célula, o local de quebra será restaurado usando a matriz da cópia “correta”! Assim, utilizando diferentes gRNAs, é possível corrigir mutações indesejadas ou introduzir alterações direcionadas nos genes alvo. A alta precisão do reconhecimento de alvos programados pelo complexo Cas9-gRNA e a simplicidade do método levaram a um crescimento semelhante a uma avalanche de trabalhos na edição de genomas de células animais e vegetais (Jiang & Marraffini, 2015).

Corrida armamentista

No decorrer da evolução, bactérias e bacteriófagos desenvolveram uma série de adaptações que deveriam proporcionar a cada participante da “corrida armamentista” uma vantagem na luta contra o inimigo ou a capacidade de escapar de seu ataque.

Os bacteriófagos, como fatores ambientais, causam alterações específicas no genoma bacteriano, que são herdadas e dão às bactérias uma clara vantagem, salvando-as de infecções repetidas. Portanto, os sistemas CRISPR-Cas podem ser considerados um exemplo de evolução Lamarckiana, em que características adquiridas são herdadas (Koonin e outros., 2009)

Já nos sistemas CRISPR-Cas, se um fago adquire uma mutação no protoespaçador, a eficiência de seu reconhecimento pelo complexo efetor diminui, e o fago consegue infectar a célula. Mas a bactéria não irá ignorar tal tentativa de escapar do CRISPR-Cas: como resposta, ela começa, com eficiência acentuadamente aumentada, a adquirir novos espaçadores adicionais do DNA de um fago já “familiar”, embora mutado. Este fenômeno, denominado adaptação preparada, aumenta muito a eficácia da ação protetora dos sistemas CRISPR-Cas (Datsenko e outros., 2012).

Alguns bacteriófagos respondem à presença de sistemas CRISPR-Cas em uma célula bacteriana produzindo proteínas anti-CRISPR especiais que podem se ligar às proteínas Cas e bloquear suas funções (Bondy-Denomy e outros., 2015). Outro truque é a troca de seções do genoma do vírus que são alvo do sistema CRISPR-Cas por seções dos genomas de vírus relacionados que diferem na composição da sequência de nucleotídeos (Paez-Espino e outros., 2015).

Os resultados do nosso laboratório mostram que as células infectadas realmente morrem mesmo com a proteção CRISPR-Cas, mas também limitam o número de descendentes virais. Portanto, o CRISPR-Cas é mais corretamente classificado como sistemas de infecção abortivos do que como sistemas imunológicos “reais”.

Graças ao constante aprimoramento dos algoritmos de busca bioinformática, bem como à inclusão de um número crescente de genomas procarióticos na análise, a descoberta de novos tipos de sistemas CRISPR-Cas é uma questão de futuro próximo. Também é necessário esclarecer os mecanismos detalhados de operação de muitos sistemas recentemente descobertos. Assim, em artigo publicado em 2016 na revista Science e dedicado à análise do sistema do tipo CRISPR-CasVI, é descrita a proteína C2c2, formando um complexo efetor com o crRNA, que visa degradar não o DNA, mas o RNA (Abudayyeh e outros., 2016). No futuro, esta propriedade incomum poderá ser usada na medicina para regular a atividade dos genes, alterando a quantidade de RNA que eles codificam.

O estudo de estratégias de combate a bactérias com bacteriófagos, apesar de sua aparente natureza fundamental e abstração das tarefas da medicina prática, trouxe benefícios inestimáveis ​​​​para a humanidade. Exemplos disso incluem métodos de clonagem molecular e edição de genoma – a introdução ou remoção direcionada de mutações e alterações no nível de transcrição de certos genes.

Graças ao rápido desenvolvimento das técnicas de biologia molecular, poucos anos após a descoberta do mecanismo de ação dos sistemas CRISPR-Cas, foi criada uma tecnologia funcional de edição de genoma que pode combater doenças antes consideradas incuráveis. A acessibilidade e a simplicidade desta tecnologia permitem considerá-la como a base da medicina, da medicina veterinária, da agricultura e da biotecnologia do futuro, que se baseará em modificações genéticas direcionadas e seguras.

Não há dúvida de que um estudo mais aprofundado da interacção entre as bactérias e os seus vírus pode abrir-nos oportunidades das quais nem sequer temos consciência neste momento.

Literatura

Abudayyeh O. O., Gootenberg J. S., Konermann S. et al. C 2c2 é um efetor CRISPR de direcionamento de RNA programável guiado por RNA de componente único // Science. 2016. V. 353: aaf5573.

Barrangou R., Fremaux C., Deveau H. et al. CRISPR fornece resistência adquirida contra vírus em procariontes // Ciência. 2007. V. 315. S. 1709–1712.

Bikard D., Marraffini L. A. Imunidade inata e adaptativa em bactérias: mecanismos de variação genética programada para combater bacteriófagos // Curr. Opinião. Imunol. 2012. V. 1 P. 15–20.

Bondy-Denomy J., GarciaB., Strum S. et al. Múltiplos mecanismos para inibição de CRISPR-Cas por proteínas anti-CRISPR // Nature. 2015. V. 526. P. 136–139.

Calendário R., Abedon S. T. Os Bacteriófagos // 2ª Ed., Oxford University Press. 2006.

DatsenkoK. A., PougachK., Tikhonov A. et al. A memória molecular de infecções anteriores ativa o sistema de imunidade bacteriana adaptativa CRISPR/Cas // Nat. Comum. 2012. V. 3. P. 945

Jiang W., Marraffini L. A. CRISPR-Cas: Novas ferramentas para manipulações genéticas de sistemas de imunidade bacteriana // Annu. Rev. Microbiol. 2015. V. 69. P. 209–28.

JinekM., ChylinskiK., FonfaraI., et al. Uma endonuclease de DNA guiada por RNA duplo programável na imunidade bacteriana adaptativa // Ciência. 2012. V. 337. P. 816–821.

Koonin E. V., Wolf Y. I. A evolução é darwiniana ou/e lamarckiana? // Biol. Direto. 2009. V. 4. P. 42.

Lopez-Pascua L., Buckling A. O aumento da produtividade acelera a coevolução hospedeiro-parasita // J. Evol. Biol. 2008. V. 3. S. 853–860.

MakarovaK. S., WolfY. I., et al. Uma classificação evolutiva atualizada de sistemas CRISPR-Cas // Nat. Rev. Microbiol. 2015. V. 11. P. 722–736.

Moineau, S., Pandian S., Klaenhammer T. R. Sistemas de restrição/modificação e endonucleases de restrição são mais eficazes em bacteriófagos lactocócicos que surgiram recentemente na indústria de laticínios // Appl. Ambiente. Microbiol. 1993. V. 59. S. 197–202.

NeveH., KemperU., et al. Monitoramento e caracterização de bacteriófago lactocócico em fábrica de laticínios // Kiel. Milckwirtsch. Forschungsber. 1994. V. 46. P. 167–178.

NuñezJ. K., HarringtonL. B., et al. Captura de DNA estranho durante a imunidade adaptativa CRISPR-Cas // Nature. 2015a. V. 527. S. 535–538.

NuñezJ. K., KranzuschP. J., et al. A formação do complexo Cas1-Cas2 medeia a aquisição do espaçador durante a imunidade adaptativa CRISPR-Cas // Nat. Estrutura. Mol. Biol. 2014. V. 21. P. 528–534.

Nuñez J. K., Lee A. S., Engelman A., Doudna J. A. Aquisição de espaçador mediada por integrase durante a imunidade adaptativa CRISPR-Cas // Nature. 2015b. V. 519. S. 193–198.

Paez-Espino D., Sharon I., et al. A imunidade CRISPR impulsiona a rápida evolução do genoma do fago em Streptococcus thermophilus // MBio. 2015. V. 6: e00262–15.

ShmakovS., AbudayyehO. O., MakarovaK. S., et al. Descoberta e caracterização funcional de diversos sistemas CRISPR-Cas classe 2. // Mol. Célula. 2015. V. 60. P. 385–397

Tan D., Svenningsen S. L., Middelboe M. Quorum sensing determina a escolha da estratégia de defesa antifágica em Vibrio anguillarum. // mBio 2015. V. 6: e00627–15.

WestraE. R., van ErpP. B., KünneT., et al. A imunidade CRISPR depende da ligação e degradação consecutiva do DNA invasor superenrolado negativamente por Cascade e Cas3 // Mol. Célula. 2012. V. 46. S. 595–605.

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Aqui está uma lista de sete alimentos que devem ser incluídos em sua dieta com mais frequência para garantir a prevenção mais eficaz de infecções virais e bacterianas.

1. Leite e derivados

Leite orgânico e produtos lácteos fermentados contêm bactérias benéficas. Eles têm sido frequentemente criticados nas últimas décadas, uma vez que a lactose e a caseína são alérgenos para parte da humanidade. Mas o leite é uma excelente fonte de nutrientes, enzimas digestivas, gorduras saudáveis ​​e proteínas importantes para manter a imunidade. O iogurte natural e outros produtos lácteos fermentados nutrem e “reparam” todo o trato gastrointestinal (TGI).

2. Chucrute e outros alimentos fermentados

Com o início do outono, muitas donas de casa começam a fermentar o repolho. As variedades tardias estão apenas amadurecendo e são especialmente boas para preparações caseiras. O chucrute é saboroso e extremamente saudável, como muitos outros alimentos fermentados, por exemplo:

  • Kimchi;
  • missô;
  • natto;
  • “barril”, ou seja, pepinos em conserva, tomates, maçãs, melancias, azeitonas, etc.

Quem se preocupa em aumentar a imunidade deve adicionar à dieta alimentos fermentados, ricos em bactérias e que nutrem o microbioma humano. As bactérias “boas” neles contidas têm um efeito extremamente benéfico no sistema imunológico intestinal, estando na “primeira linha” de defesa contra microrganismos patogênicos, e também auxiliam na produção de anticorpos.

3. Fígado e outros subprodutos

Fígado, rins, coração e outros subprodutos, embora pareçam “assustadores” para algumas pessoas, distinguem-se pelo seu elevado teor de nutrientes, que proporcionam um suporte significativo ao sistema imunitário:

  • tocoferol;
  • zinco;
  • ácido linoléico conjugado (CLA);
  • ácidos graxos poliinsaturados ômega-3;
  • beta-caroteno, etc.

Se você não gosta do sabor das miudezas, recomendamos tentar cozinhá-las com novas receitas. Por exemplo, você pode deixar o fígado de molho em leite ou suco de limão durante a noite para remover qualquer sabor especial, depois mergulhar os pedaços em ovos batidos, passar em farinha de coco ou amêndoa e depois cozinhar em azeite ou óleo de abacate com cebola roxa ( outro ótimo produto para prevenir resfriados!), cogumelos e pimentões.

4. Óleo de coco

É rico em ácido láurico, que é convertido em monolaurina no corpo humano. Esse composto, encontrado no leite materno das mulheres, ajuda a melhorar a imunidade dos recém-nascidos. O ácido láurico também pode melhorar a imunidade dos adultos, pois destrói as membranas lipídicas dos organismos patogênicos.

É melhor comprar variedades não refinadas de óleo de coco, produzidas sem tratamento térmico ou produtos químicos.

5. Cogumelos

Otimizam as capacidades de proteção, pois são ricos em:

  • proteínas;
  • fibra;
  • cálcio;
  • ácido ascórbico;
  • Vitaminas B;
  • compostos biologicamente ativos chamados "beta-glucanos" (bem conhecidos por suas propriedades de aumentar as defesas do corpo, ativar e modular as células do sistema imunológico humano), eles interagem com os macrófagos, ajudam os glóbulos brancos a se ligarem aos vírus e a destruí-los.

6. Algas comestíveis

Todas as algas comestíveis marinhas e de água doce têm propriedades curativas notáveis. Veja a clorela, por exemplo. Estas algas unicelulares de água doce são um produto alimentar ideal. As substâncias que compõem a clorela “ligam-se” ao mercúrio e a outros metais pesados ​​e agentes infecciosos para facilitar sua remoção do corpo. A clorofila contida nessas e em outras algas ajuda a oxigenar o sangue e também promove a regeneração dos tecidos.

7. Alho

É incrivelmente benéfico para a saúde humana, pois protege contra a microflora patogênica. Para fortalecer o sistema imunológico, recomendamos consumir alho diariamente. Vírus, bactérias e leveduras que aprendem a se adaptar aos antibióticos sintéticos não sabem resistir à ação desse poderoso medicamento criado pela natureza.

O alho deve ser consumido fresco para garantir o funcionamento ideal do sistema imunológico. Seu ingrediente ativo, a alicina, é liberado quando triturado e se decompõe em uma hora. Portanto, o extrato de alho em suplementos dietéticos é inútil, ao contrário, digamos, de uma salada de vegetais frescos e folhas verdes, temperada com azeite, suco de limão, dente de alho picado e sal marinho.

Além disso, alicina no alho:

  • possui propriedades anticancerígenas;
  • reduz os níveis de colesterol total e lipoproteína de baixa densidade (colesterol “ruim”) no sangue;
  • reduz a pressão arterial;
  • reduz a probabilidade de coágulos sanguíneos;
  • serve para prevenir acidente vascular cerebral;
  • evita picadas de insetos, etc.

Vocês não acham, queridos camaradas, que quase todas as novas doenças emergentes são virais? O VIH, novas estirpes de gripe suína, gripe aviária e outras doenças são infecções virais. E será que velhas doenças conhecidas começaram subitamente a causar epidemias onde nunca existiram? A Chikungunya foi encontrada na África, Ásia e no subcontinente indiano. E de repente as pessoas ficaram doentes na Europa e na América. Em 2007, a transmissão da doença foi notificada pela primeira vez na Europa, num surto localizado no nordeste da Itália. Desde então, foram notificados surtos em França e na Croácia. Outro perigo que ameaça a humanidade é o surgimento de um novo coronavírus no mundo. O coronavírus é um vírus esférico com protuberâncias; uma de suas formas levou à epidemia de SARS em 2003. A partir do outono de 2012, e agora em crescimento, surgiu um coronavírus supernova, que em sua estrutura genômica difere do que se chamava SARS em nosso país. Esses exemplos podem ser listados por muito tempo....

Agora vamos relembrar nossa infância descalça. Do que você estava doente? Bem, claro, sarampo, varicela e resfriados. Só que foi chamado de amigdalite. E, via de regra, era de natureza bacteriana. E agora, por algum motivo, principalmente ARVI. Doença viral respiratória aguda. Essa é a gripe. Sim, já tivemos gripe antes. E houve epidemias. Vamos lembrar da gripe espanhola. Mas na minha infância não me lembro que o jardim de infância estivesse fechado para quarentena. E a escola não estava fechada. Aconteceu que quando a temperatura estava em -25, as aulas foram canceladas. Que felicidade é essa! Não precisamos ir à escola, então passamos o dia inteiro jogando bola no rinque de patinação. E não houve quarentena no instituto. E agora há uma epidemia de gripe quase todos os anos. Com a introdução da quarentena nas escolas e jardins de infância. Por que isso aconteceu? Parece que os medicamentos ficaram melhores e mais numerosos. Não como a geléia de framboesa e os emplastros de mostarda da minha mãe. E eles adoecem cada vez mais gravemente. Por que?

E a questão toda é que perturbamos a nossa microbiota através do uso descontrolado e assistemático de antibióticos. A questão nem é que novas cepas resistentes de bactérias começaram a aparecer. O fato é que, ao matar bactérias indiscriminadamente, destruímos também aquelas que nos são benéficas. Que nos protegem de vírus. Nossa maravilhosa cientista Agniya Arkadyevna Morova escreveu sobre esse perigo no século passado. Escrevi sobre o trabalho dela no AS. Mesmo então, ela previu que novas infecções virais mortais e lentas apareceriam. E o HIV apareceu durante a vida dela! Uma previsão brilhante... Depois não prestaram muita atenção ao trabalho dela. Além disso, não foi publicado em revistas científicas estrangeiras de língua inglesa. Mas recentemente começaram a aparecer cada vez mais publicações nas quais suas ideias são confirmadas. Aqui está um exemplo http://www.pnas.org/content/108/13/5354 Não vou traduzi-lo completamente, direi em poucas palavras. A microbiota da nasofaringe nos protege do vírus influenza. Se você usar antibióticos para tratar a gripe, a condição só piorará. Ou seja, ao matar microrganismos simbiontes com antibióticos, apenas ajudamos o vírus da gripe a nos derrubar. Aqui está um artigo da Science http://science.sciencemag.org/content/357/6350/498.full A essência é a mesma. Só estamos falando de bactérias intestinais. Os metabólitos formados como resultado da atividade das bactérias intestinais estimulam a produção de interferon, proteína que suprime a reprodução do vírus. E nós os tratamos com antibióticos! Ou seja, destruímos nossos próprios assistentes....

Como funciona essa proteção? Comecemos pelo fato de que não somos os donos do planeta. Somos convidados no mundo dos vírus e bactérias. Eles apareceram muitos bilhões de anos antes de nós. E, muito provavelmente, eles sobreviverão a nós, assim como sobreviveram os primeiros cordados, dinossauros e mamutes. Por muitos bilhões de anos antes do nosso aparecimento, os vírus reinaram no planeta. Ou algo semelhante a eles, como príons. É difícil chamá-los vivos. Mas estas criaturas estúpidas aprenderam a copiar o seu material genético e a reproduzir-se. Sobre o que Deus os enviou na forma do caldo primordial. E toda a diversidade da vida veio dessas minúsculas partículas, visíveis apenas através de um microscópio eletrônico. Gradualmente eles começaram a evoluir e as bactérias apareceram. Que já não bastavam para o caldo primário. E aprenderam a se alimentar de vírus. Por que as coisas boas deveriam ser desperdiçadas? Vários pedaços de moléculas de proteína estão flutuando aqui... dê-os como lanche. Para ser justo, é preciso dizer que não só as bactérias aprenderam a alimentar-se de vírus. Mas alguns vírus não eram avessos a comê-los. Eles sobreviveram até hoje. Eles são chamados de bacteriófagos. Aliás, o tratamento com bacteriófagos, agora divulgados por clínicas estrangeiras, começou durante a era soviética. Eles foram descobertos pela primeira vez em 1915 pelo bacteriologista britânico Frederick Twort. Dois anos depois, um cientista do Instituto Pasteur, Felix D'Herel, fez um relatório no qual dizia ter descoberto um “micróbio invisível” que infecta o bacilo da disenteria. Foi o primeiro a usar o termo “bacteriófago”. isto é, “comedor de bactérias”. Também usamos esse termo até hoje. Embora os bacteriófagos tenham sido descobertos pela primeira vez por cientistas ocidentais, a terapia fágica começou a se desenvolver ativamente na URSS. Entre os pioneiros dessa direção da medicina estava George Eliava. O instituto ele abriu em Tbilisi na década de 1920, que começou a pesquisar bacteriófagos para uso terapêutico, até se tornou líder mundial nessa área. Aliás, Felix D'Herel também trabalhou neste instituto por vários anos, mas depois que Eliava foi baleado como um “ inimigo do povo” na década de 1930, o francês apressou-se em deixar a URSS. Mas os bacteriófagos são assunto para um artigo separado. Voltemos às bactérias e vírus das nossas ovelhas.

A propósito, não só os humanos, mas até os mosquitos podem ser protegidos dos vírus com a ajuda de bactérias. Existe uma doença tão grave chamada dengue. A dengue afeta mais de 50 milhões de pessoas todos os anos. O vírus é transmitido pelos mosquitos da febre amarela e ainda não foi encontrada uma cura para ele - os médicos apenas aliviam os sintomas da doença e fornecem terapia de suporte. Cientistas infectaram ovos de mosquitos fêmeas com bactérias Wolbachia pipientis, que suprime o efeito de quase todos os vírus nos mosquitos. Os biólogos sugeriram que as propriedades da bactéria se estendem ao vírus da dengue: se os próprios mosquitos não conseguirem ser infectados por ela, não serão capazes de transmiti-la às pessoas. Como resultado de tais ações, o número de casos de infecção pelo vírus na cidade australiana de Townsville caiu 12,5 vezes. Isto é afirmado em um artigo publicado na revista Gates Open Research.

Acontece que é uma imagem interessante. Se tivermos certas bactérias em nosso corpo, não teremos medo dos vírus. Este foi o caso por muito tempo durante nosso desenvolvimento. Sim, houve infecções virais. Mas eram comuns em certas áreas do planeta, onde a população local tinha desenvolvido imunidade a eles. Ou tinha um conjunto de bactérias que ajudava a combater os vírus. Nem todos. Os mais fracos morreram, os demais receberam imunidade. Ou seja, houve relativamente poucas epidemias em grande escala. Somente no caso de uma mutação acentuada do vírus, como foi o caso da gripe espanhola. E doenças como o HIV não existiam. Eles começaram a aparecer quando as pessoas começaram a destruir e alterar sua microbiota. O que levou a um aumento nas doenças virais.

Portanto, a tarefa agora é restaurar a microbiota normal. Outra coisa é como descobrir quais bactérias ajudam a combater quais vírus? Parece que nunca saberemos. Porque sob a influência de antibióticos, nossas bactérias simbiontes nativas desaparecem ou se transformam na forma L. Que já não fornece as substâncias de que necessitamos. É preciso dizer que o trabalho de proteção bacteriana contra vírus está sendo realizado em todo o mundo. Também participamos dela da melhor maneira possível. Até o momento, foi documentado que a introdução da bactéria estreptococo simbionte no corpo humano leva a uma diminuição acentuada da carga viral no corpo. Até indicadores indetectáveis. Aqui estão os testes da pessoa antes do tratamento.

Mas depois do tratamento

O antibiótico popular - equinácea - é especialmente eficaz para dores de garganta e no início de um resfriado.

Os remédios populares têm servido como antibióticos há milhares de anos. Para muitas doenças causadas pelo crescimento bacteriano, mesmo agora as ervas são eficazes. Na verdade, ao longo das últimas décadas, surgiram muitas bactérias resistentes aos antibióticos (surgiram estirpes resistentes). Um antibiótico mata a maioria das bactérias, mas não todas. As bactérias restantes com resistência mais forte começam a se multiplicar fortemente, e colônias mais fortes e mais resistentes aos antibióticos são gradualmente criadas.

As bactérias têm dificuldade em se adaptar aos antibióticos tradicionais

Você sabia que os hospitais na Austrália usam óleo essencial de eucalipto como desinfetante? Acontece que este remédio popular é um antibiótico eficaz contra resistentes à meticilina
Staphylococcus aureus. Você já se perguntou por que os remédios populares que existem há centenas de milhares de anos ainda são capazes de funcionar como antibióticos? Porque é que não perderam a sua eficácia, enquanto os antibióticos produzidos pelo homem deixaram de ser activos contra muitas bactérias? O fato é que os antibióticos tradicionais consistem em centenas de moléculas diferentes em proporções diferentes. É muito mais fácil para as bactérias se adaptarem a um antibiótico sintético do que a um extrato da planta inteira.

Os antibióticos tradicionais têm sido usados ​​há muito tempo pelos curandeiros tradicionais para tratar resfriados e gripes, limpar feridas de infecção e acelerar a cicatrização de feridas. Hoje em dia, tornou-se claro que para as bactérias resistentes aos antibióticos sintéticos, é necessária uma alternativa - os antibióticos tradicionais.

Qual é a diferença entre um antibiótico tradicional e um sintético?

Antibióticoé um medicamento usado para tratar infecções causadas por bactérias e outros microorganismos. Inicialmente, um antibiótico era uma substância que agia sobre um microrganismo e inibia seletivamente o crescimento de outro. Os antibióticos sintéticos são geralmente quimicamente relacionados aos antibióticos tradicionais.

As ervas contêm antibióticos que protegem o sistema radicular. Muitos remédios populares e ervas atuam como antibióticos: mel, acácia, babosa, alho, cebola, raiz de alcaçuz, gengibre, sálvia, equinácea, eucalipto, goldenseal, extrato de semente de toranja, zimbro, absinto, líquen usnaya e muitos outros.

A maioria dos antibióticos sintéticos são um único produto químico isolado (penicilina, tetraciclina, etc.). Portanto, é mais fácil para as bactérias se adaptarem aos antibióticos. Em contraste, os antibióticos tradicionais são muito mais complexos. Por exemplo, o alho contém mais de 33 compostos de enxofre, 17 aminoácidos e 10 outros compostos; mil-folhas - mais de 120 compostos. Os diferentes compostos das ervas trabalham juntos, então o resultado do combate às bactérias é muito melhor.

Aloe é um antibiótico popular contra vírus estafilococos e herpes

As folhas de Aloe são ativas contra Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, vírus herpes simplex tipos 1 e 2. O uso externo de babosa e mel é mais eficaz no tratamento de queimaduras, acelerando a cicatrização de feridas e prevenindo infecções. O antibiótico tradicional de babosa é usado de forma simples: corte as folhas de uma planta fresca para extrair o suco e, em seguida, aplique gel de babosa na ferida ou queimadura até que esteja completamente curada.

O alho é um antibiótico contra aftas

O alho é ativo contra tuberculose, disenteria por Shigella, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, sapinhos, Escherichia coli, estreptococos, salmonela, agente causador da campilobacteriose, Proteus merbilis, herpes simplex, influenza B, HIV, etc. , em cápsulas, como tintura ou adicionado a pratos. Você precisa começar com pequenas doses e aumentar gradativamente. O alho cru pode causar dores de estômago e até vômitos, por isso é preciso ter cuidado. Doses pequenas e frequentes deste antibiótico popular “funcionam” melhor do que doses maiores (1/4 colher de chá de suco de alho, se necessário). As cápsulas também podem ser melhor toleradas e mais fáceis de tomar. O uso combinado de alho com medicamentos para afinar o sangue potencializa o efeito destes últimos.

Echinacea é um antibiótico popular contra estafilococos e tuberculose

Echinacea é ativa contra Staphylococcus aureus, Streptococcus, Mycobacterium tuberculosis e células anormais. Este antibiótico popular é especialmente ativo para exames de Papanicolau, dores de garganta e no início de um resfriado. Para tratar garganta e resfriados, recomenda-se o uso de tintura de equinácea, 30 gotas com água a cada hora. O chá de Equinácea também é saboroso e saudável.

Alcaçuz é um antibiótico popular contra estreptococos e estafilococos

O alcaçuz é ativo contra malária, tuberculose, Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Streptococcus, Salmonella, E. coli, sapinhos, Vibrio cholera, dermatófito (Trichophyton mentagrophytes), o agente causador da rubrofitose, toxocaríase. O alcaçuz é um poderoso estimulante e antibiótico do sistema imunológico. Este antibiótico popular funciona bem com outras ervas. Os efeitos colaterais do alcaçuz podem incluir hipertensão e retenção de água no corpo. Este chá com alcaçuz é útil: 1/2 colher de chá. Prepare 1 xícara de água fervente por 15 minutos, tome até três vezes ao dia.

Em alguns casos, os antibióticos tradicionais são mais eficazes que os industriais. Embora as bactérias desenvolvam resistência a estes últimos, os remédios populares e as ervas permanecem eficazes. A natureza criou tudo o que é necessário para o tratamento humano. É importante ampliar o conhecimento sobre os antibióticos tradicionais e desenvolver regimes de tratamento.