Bakterier och archaea har utvecklat en anmärkningsvärd försvarsmekanism som kallas CRISPR-Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats-CRISPR-associated protein 9). Detta system fungerar som en självvaccinationsstrategi mot invaderande virus.
1. Anpassning: När en bakteriecell stöter på ett virus för första gången, fångar och integrerar den en liten bit av det virala DNA:t i sitt eget CRISPR-lokus som en spacer-sekvens. Denna spacer fungerar som en registrering av den tidigare infektionen.
2. Uttryck: Efter efterföljande infektioner av samma virus, transkriberas CRISPR-lokuset till en lång RNA-molekyl som kallas pre-crRNA. Detta pre-crRNA bearbetas sedan för att generera korta, mogna crRNA-molekyler, som var och en innehåller en unik spacersekvens.
3. Måligenkänning: De mogna crRNA-molekylerna associerar med Cas9-proteinet och bildar ett RNA-styrt komplex. Cas9-proteinet fungerar som en molekylär sax, styrd av crRNA för att känna igen och binda till den komplementära virala DNA-sekvensen.
4. Klyvning: När Cas9-crRNA-komplexet hittar den matchande virala DNA-sekvensen, genomgår Cas9-proteinet en konformationsförändring, vilket resulterar i klyvning av den virala DNA-strängen. Detta "klipper" effektivt det virala genomet och förhindrar ytterligare replikation eller transkription av viruset.
5. Immunitet: Den framgångsrika inriktningen och klyvningen av viralt DNA av CRISPR-Cas9-systemet neutraliserar effektivt det invaderande viruset. Genom att behålla och använda spacersekvenser från tidigare infektioner utvecklar bakterieceller en form av immunitet mot specifika virus, vilket säkerställer skydd mot framtida möten med samma virushot.
6. Horisontell genöverföring: Bakterier kan också förvärva nya spacersekvenser genom horisontell genöverföring, vilket gör att de kan "låna" immunitet från andra bakterier. Detta möjliggör spridning av antivirala försvar bland bakteriepopulationer, vilket hjälper till att skydda hela mikrobiella samhällen från specifika virusinfektioner.
CRISPR-Cas9-systemet visar hur bakterier har utvecklat sofistikerade försvarsmekanismer för att skydda sin genetiska integritet och överlevnad inför virusutmaningar. Den belyser krångligheterna och mångfalden av bakterieanpassningar i den ständiga evolutionära kapprustningen mot invaderande virus.
