Den sista försvarsmekanismen som bakteriepopulationer använder för att skydda sig mot virusinfektioner är gemensamt känd som de klustrade, regelbundet mellanliggande korta palindromiska upprepningarna (CRISPR) – CRISPR-associerade protein 9 (Cas9), ofta kallade CRISPR-Cas-system. CRISPR-Cas-system ger prokaryoter en adaptiv och ärftlig immunitet mot invaderande viralt DNA eller RNA. Låt oss fördjupa oss i hur denna otroliga försvarsmekanism fungerar:

1. CRISPR Array Acquisition :

Under en viral invasion fångar och integrerar bakterier korta fragment av det virala DNA:t i sitt eget genom. Dessa fragment är kända som proto-spacers och lagras inom specifika loci som kallas CRISPR-arrayer. Varje proto-spacer flankeras av konserverade sekvenser kända som direkta upprepningar.

2. Transkription och bearbetning av CRISPR RNA (crRNA) :

CRISPR-arrayerna transkriberas till en prekursor CRISPR RNA (pre-crRNA) molekyl. Detta pre-crRNA bearbetas därefter av Cas-proteinerna, vilket genererar mogna crRNA:n som är korta och innehåller en specifik sekvens som är komplementär till det invaderande virala DNA:t eller RNA:t.

3. Inriktning och klyvning av virala nukleinsyror:

Det mogna crRNA:t associerar med specifika Cas-proteiner och bildar ett ribonukleoproteinkomplex. Detta komplex fungerar som en molekylär guide, som leder Cas-proteiner till det invaderande virala DNA eller RNA. Vid igenkänning av den komplementära sekvensen klyver Cas-proteinerna och förstör de virala nukleinsyrorna.

4. Minne och anpassning :

CRISPR-Cas-system uppvisar immunologiskt minne. När ett virus har påträffats och besegrats, integreras proto-spacer-sekvensen från det viruset i värdens CRISPR-array, vilket gör att värden kan montera ett snabbt och robust försvar mot efterföljande infektioner av samma virus.

5. Typer av CRISPR-Cas-system :

Det finns olika typer av CRISPR-Cas-system indelade i sex huvudtyper (Typ I till VI) och ytterligare undertyper. Varje typ använder olika uppsättningar av Cas-proteiner och mekanismer för nukleinsyrainriktning och klyvning.

6. CRISPR-Cas9 Applications in Biotechnology :

CRISPR-Cas9-systemet, särskilt typ II, har vunnit enorm popularitet som ett mångsidigt genredigeringsverktyg inom bioteknik. Genom att utnyttja sin förmåga att rikta in sig på specifika DNA-sekvenser, möjliggör CRISPR-Cas9 exakta modifieringar av genom för olika forsknings- och terapeutiska tillämpningar.

Sammanfattningsvis representerar CRISPR-Cas-systemen en häpnadsväckande och invecklad försvarsmekanism som utvecklats av bakteriepopulationer för att bekämpa virala invasioner. Dessa system ger en adaptiv och ärftlig immunitet som skyddar bakterier från virusinfektioner genom generationer. Dessutom har tillämpningarna av CRISPR-Cas-teknik inom bioteknik revolutionerat genteknik och har en enorm potential för framtida vetenskapliga framsteg och terapeutiska ingrepp.