Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα βακτήρια έχουν αναπτύξει έναν νέο αμυντικό μηχανισμό κατά της λοίμωξης από φάγους
Οι βακτηριοφάγοι (φάγοι) είναι ιοί που μολύνουν και αναπαράγονται μέσα στα βακτήρια. Οι φάγοι είναι άφθονα στο περιβάλλον και διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στη ρύθμιση των βακτηριακών πληθυσμών. Τα βακτήρια έχουν εξελίξει διάφορους αμυντικούς μηχανισμούς για να προστατευθούν από τη λοίμωξη του φάγου. Ένας πρόσφατα ανακάλυψε αμυντικός μηχανισμός περιλαμβάνει τη χρήση συστημάτων CRISPR-CAS.
2. Συστήματα CRISPR-CAS
Τα συστήματα CRISPR-CAS είναι προσαρμοστικά ανοσοποιητικά συστήματα που βρίσκονται στα βακτήρια και στην αρχαιότητα. Αυτά τα συστήματα παρέχουν προστασία από τη λοίμωξη από φάγους με στόχευση και καταστροφή ξένων νουκλεϊνικών οξέων. Τα συστήματα CRISPR-CAS αποτελούνται από δύο κύρια συστατικά:συστοιχίες CRISPR και πρωτεΐνες CAS.
- συστοιχίες CRISPR Περιέχουν σύντομες, επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες διαστρεβλωμένες με μοναδικές αλληλουχίες διαχωριστικών. Αυτές οι αλληλουχίες διαχωριστικών προέρχονται από προηγούμενες λοιμώξεις από φάγους και χρησιμεύουν ως ρεκόρ παρελθόντων συναντήσεων με φάγους.
- πρωτεΐνες CAS είναι υπεύθυνοι για την αναγνώριση και τη διάσπαση ξένων νουκλεϊνικών οξέων. Όταν ένας φάγος μολύνει ένα βακτήριο, οι πρωτεΐνες CAS χρησιμοποιούν τις αλληλουχίες διαχωριστικών στη συστοιχία CRISPR για να τους καθοδηγήσουν στο DNA του φάγου. Οι πρωτεΐνες CAS στη συνέχεια διασπούν το DNA του φάγου, εμποδίζοντας τον φάγο να αναπαράγει και να εξαπλώνεται.
3. Ανάπτυξη αντίστασης φάγου
Η ανάπτυξη της αντίστασης φάγου μέσω των συστημάτων CRISPR-CAS περιλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα:
1. Αρχική μόλυνση: Ένας φάγος μολύνει το βακτήριο και αρχίζει να αναπαράγει.
2. Προσαρμογή CRISPR: Το βακτήριο αναγνωρίζει και συλλαμβάνει μια σύντομη ακολουθία από το DNA του φάγου. Αυτή η ακολουθία ενσωματώνεται στη συστοιχία CRISPR ως νέο διαχωριστικό.
3. έκφραση πρωτεΐνης CAS: Μετά από επακόλουθη μόλυνση από φάγο με παρόμοιο DNA, ενεργοποιείται το σύστημα CRISPR-CAS και εκφράζονται πρωτεΐνες CAS.
4. Αναγνώριση στόχου: Οι πρωτεΐνες CAS χρησιμοποιούν την αλληλουχία διαχωριστικών στη συστοιχία CRISPR για να ταυτοποιήσουν και να δεσμεύσουν το DNA του φάγου.
5. διάσπαση DNA: Οι πρωτεΐνες CAS διασπά το DNA του φάγου σε συγκεκριμένες θέσεις, διαταράσσοντας την αναπαραγωγή του φάγου και εμποδίζουν τη μόλυνση.
4. Επιπτώσεις και σημασία
Η ανάπτυξη της αντίστασης φάγου μέσω των συστημάτων CRISPR-CAS έχει σημαντικές επιπτώσεις στο πεδίο της θεραπείας φάγου, το οποίο χρησιμοποιεί φάγους για τον έλεγχο των βακτηριακών λοιμώξεων. Τα συστήματα CRISPR-CAS μπορούν να περιορίσουν την αποτελεσματικότητα της θεραπείας φάγου, εμποδίζοντας τη μόλυνση και τη θανάτωση βακτηρίων. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα βακτήρια χρησιμοποιούν συστήματα CRISPR-CAS μπορούν να βοηθήσουν τους ερευνητές να αναπτύξουν στρατηγικές για να ξεπεράσουν αυτήν την αντίσταση και να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα της θεραπείας φάγου.
