Bakteriofager (fager) är virus som infekterar och replikerar inom bakterier. Fager är rikligt förekommande i miljön och spelar en avgörande roll för att reglera bakteriepopulationer. Bakterier har utvecklat olika försvarsmekanismer för att skydda sig mot faginfektion. En nyligen upptäckt försvarsmekanism involverar användningen av CRISPR-Cas-system.
2. CRISPR-Cas-system
CRISPR-Cas-system är adaptiva immunsystem som finns i bakterier och archaea. Dessa system ger skydd mot faginfektion genom att rikta in sig på och förstöra främmande nukleinsyror. CRISPR-Cas-system består av två huvudkomponenter:CRISPR-arrayer och Cas-proteiner.
- CRISPR-matriser innehålla korta, repetitiva sekvenser mellanrum med unika spacer-sekvenser. Dessa spacersekvenser är härledda från tidigare faginfektioner och tjänar som ett register över tidigare möten med fager.
- Cas-proteiner är ansvariga för att känna igen och klyva främmande nukleinsyror. När en fag infekterar en bakterie använder Cas-proteinerna spacersekvenserna i CRISPR-arrayen för att vägleda dem till fagens DNA. Cas-proteinerna klyver sedan fagens DNA, vilket hindrar fagen från att replikera och spridas.
3. Utveckling av fagresistens
Utvecklingen av fagresistens genom CRISPR-Cas-system involverar följande steg:
1. Initial infektion: En fag infekterar bakterien och börjar replikera.
2. CRISPR-anpassning: Bakterien känner igen och fångar en kort sekvens från fagens DNA. Denna sekvens är integrerad i CRISPR-arrayen som en ny spacer.
3. Cas-proteinuttryck: Vid efterföljande infektion av en fag med liknande DNA, aktiveras CRISPR-Cas-systemet och Cas-proteiner uttrycks.
4. Måligenkänning: Cas-proteinerna använder spacersekvensen i CRISPR-arrayen för att identifiera och binda till fagens DNA.
5. DNA-klyvning: Cas-proteinerna klyver fagens DNA på specifika platser, vilket stör fagens replikation och förhindrar infektion.
4. Konsekvenser och betydelse
Utvecklingen av fagresistens genom CRISPR-Cas-system har betydande implikationer för fagterapiområdet, som använder fager för att kontrollera bakterieinfektioner. CRISPR-Cas-system kan begränsa effektiviteten av fagterapi genom att förhindra fager från att infektera och döda bakterier. Att förstå hur bakterier använder CRISPR-Cas-system kan hjälpa forskare att utveckla strategier för att övervinna denna resistens och förbättra effektiviteten av fagterapi.
