Descrizione del progetto
Sistemi multipli di difesa anti fagi nei batteri
La battaglia tra batteri e fagi ha portato alla creazione di sistemi anti-fagi efficienti, come gli enzimi di restrizione e i sistemi CRISPR-Cas, che si sono inoltre rivelati strumenti preziosi di genetica molecolare. Le recenti scoperte di altri sistemi di difesa batterici includono il sistema CBASS (sistemi di segnalazione anti fagi basati su oligonucleotidi ciclici) e le viperine procariote e derivano dall’osservazione del modo in cui tali sistemi sono raggruppati in isole di difesa nei genomi batterici. I risultati preliminari suggeriscono che molti sistemi anti fagi rimangono inosservati nelle isole di difesa microbiche. Il progetto DefenseAgainstPhage, finanziato dall’UE, intende scoprire, convalidare e studiare le proprietà di nuovi sistemi e i meccanismi utilizzati dai fagi per contrastare le difese. La scoperta di nuovi sistemi potrebbe portare non solo a una migliore comprensione delle interazioni tra fagi e batteri, ma anche alla conoscenza di nuovi strumenti molecolari interessanti.
Obiettivo
The perpetual arms race between bacteria and phage resulted in the evolution of efficient phage-resistance systems. Such systems, including restriction enzymes and CRISPR-Cas, have a major influence on the evolution of both bacteria and phage, and have also proven invaluable as molecular tools.
We recently showed that the bacterial immune system is much richer than originally thought. We discovered the CBASS system (Cohen, Nature 2019), prokaryotic viperins (Bernheim, Nature 2020), and additional defense systems widespread in microbes (Doron, Science 2018). These discoveries relied on the observation that defense systems are organized in defense islands - areas in bacterial genomes where multiple defense systems are clustered together. Mining defense islands resulted in the discovery of new defense systems, but our preliminary results suggest that this is just the tip of the iceberg, and that dozens of new defense systems remained undiscovered in microbial defense islands.
In this project we will use new genomic approaches, together with analyses of massive genomic and metagenomic datasets, to systematically map the molecular capabilities encoded within the anti-phage “defensome”. The project combines computational genomics, synthetic biology, and deep genetic and biochemical experiments to discover, validate, and study the properties of new defense systems, as well as mechanisms used by phages to mitigate defense. Specific focus will be given to retrons, microbial elements that produce chimeric molecules where RNA and DNA are covalently attached. We discovered that retrons function in anti-phage defense, and plan to decipher the mechanism by which the RNA/DNA hybrid provides defense. Based on the enormous impact that antiviral systems had on modern molecular biology (e.g. RNAi, CRISPR-Cas), we envision that deciphering the mechanism of new systems could yield not only major discoveries on phage-bacteria interactions, but also new and exciting molecular tools.
Campo scientifico (EuroSciVoc)
CORDIS classifica i progetti con EuroSciVoc, una tassonomia multilingue dei campi scientifici, attraverso un processo semi-automatico basato su tecniche NLP. Cfr.: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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