Πώς τα βακτήρια αναγνωρίζουν την ιογενή εισβολή και ενεργοποιούν τις ανοσοποιητικές άμυνες

Τα βακτήρια διαθέτουν εξελιγμένα ανοσοποιητικά συστήματα, γνωστά ως συστήματα CRISPR-CAS, για να αναγνωρίσουν και να υπερασπιστούν τις ιογενείς εισβολές. Ακολουθεί μια γενική επισκόπηση του τρόπου με τον οποίο τα βακτήρια αναγνωρίζουν την ιογενή λοίμωξη και ενεργοποιούν τις ανοσοποιητικές τους άμυνες χρησιμοποιώντας συστήματα CRISPR-CAS:

1. Ανίχνευση ξένου DNA:

- Τα βακτήρια παρακολουθούν συνεχώς το ενδοκυτταρικό τους περιβάλλον για την παρουσία ξένου γενετικού υλικού, όπως το ιικό DNA ή το RNA.

2. Παραγωγή CRISPR RNA (CRRNA):

- Όταν ανιχνεύεται μια ιογενή εισβολή, ειδικά τμήματα του ξένου DNA αντιγράφονται και ενσωματώνονται στο DNA του βακτηρίου ως διαχωριστές CRISPR.

- Αυτοί οι διαχωριστές CRISPR μεταγράφονται στη συνέχεια σε μικρά CRISPR RNAs (CRRNAs), καθένα από τα οποία περιέχει μια σύντομη αλληλουχία συμπληρωματική σε μια περιοχή εντός του ξένου DNA.

3. Συγκρότημα συμπλόκου Cascade:

- Τα CRRNAs σχηματίζουν σύμπλοκα με πρωτεΐνες CAS, μια ομάδα πρωτεϊνών που είναι απαραίτητη για την ανοσία CRISPR-CAS.

-Αυτά τα σύμπλοκα είναι γνωστά ως Cascade (σύμπλεγμα που σχετίζεται με CRISPR για αντιιικά άμυνα) ή σύμπλοκα τελεστών CRISPR-CAS.

4. Αναγνώριση και δέσμευση στόχου:

- Το σύμπλεγμα Cascade σαρώνει το ενδοκυτταρικό περιβάλλον για την παρουσία ιικών νουκλεϊνικών οξέων.

- Όταν μια αλληλουχία CRRNA ταιριάζει με μια συμπληρωματική αλληλουχία εντός του ιικού DNA ή του RNA, το σύμπλεγμα συνδέεται με τον στόχο.

5. Δραστηριότητα νουκλεάσης:

- Μόλις δεσμευτεί στο στόχο, το σύμπλεγμα Cascade ενεργοποιεί τη δραστικότητα νουκλεάσης, που συνήθως προκαλείται από νουκλεάσες CAS όπως Cas9 ή Cas12.

-Αυτές οι νουκλεάσες παράγουν διπλά στρώματα DNA διαλείμματα (DSBs) ή μονόκλωνο DNA Nicks στη θέση προορισμού, διαχωρίζοντας αποτελεσματικά τα ιικά νουκλεϊκά οξέα.

6. Παρεμβολές και αποικοδόμηση:

- Η διάσπαση του ιικού DNA ή του RNA διαταράσσει την αντιγραφή και τη μεταγραφή του ιού, παρεμβαίνει στην ικανότητα του ιού να πολλαπλασιαστεί μέσα στο βακτηριακό κύτταρο.

- Τα κατακερματισμένα ιικά νουκλεϊνικά οξέα αποικοδομούνται περαιτέρω από κυτταρικές εξωνουκλεάσες και νουκλεάσες, οδηγώντας στην υποβάθμιση και κάθαρση του εισβολικού ιού.

Χρησιμοποιώντας συστήματα CRISPR-CAS, τα βακτήρια μπορούν να αναγνωρίσουν και να στοχεύσουν συγκεκριμένες αλληλουχίες ιών, προκαλώντας στοχοθετημένη διάσπαση DNA και τελικά εξαλείφοντας την ιογενή λοίμωξη. Αυτοί οι μηχανισμοί ανοσολογικής άμυνας διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην προστασία των βακτηρίων από διάφορες ιογενείς απειλές και συμβάλλουν στη συνολική επιβίωση και προσαρμογή των βακτηριακών πληθυσμών.