Τελευταία γραμμή άμυνας:Πώς προστατεύονται οι βακτηριακοί πληθυσμοί έναντι ιογενών λοιμώξεων

Ο τελικός αμυντικός μηχανισμός που χρησιμοποιούν οι βακτηριακοί πληθυσμοί για να προστατευθούν από τις ιογενείς λοιμώξεις είναι συλλογικά γνωστός ως συσσωματωμένες τακτικά διασταυρωμένες βραχείες παλινδρομικές επαναλήψεις (CRISPR) που σχετίζονται με τα συστήματα πρωτεΐνης 9 (CAS9), που συχνά αναφέρονται ως συστήματα CRISPR-CAS. Τα συστήματα CRISPR-CAS παρέχουν στους προκαρυώτες μια προσαρμοστική και κληρονομική ασυλία ενάντια στην εισβολή του ιικού DNA ή του RNA. Ας βυθίσουμε τη λειτουργία αυτού του απίστευτου αμυντικού μηχανισμού:

1. Απόκτηση πίνακα CRISPR :

Κατά τη διάρκεια μιας ιογενούς εισβολής, η σύλληψη βακτηρίων και η ενσωμάτωση σύντομων θραυσμάτων του ιικού DNA στο δικό τους γονιδίωμα. Αυτά τα θραύσματα είναι γνωστά ως πρωτο-Spacers και αποθηκεύονται σε συγκεκριμένους τόπους που ονομάζονται συστοιχίες CRISPR. Κάθε πρωτο-διαταράκτης πλαισιώνεται από διατηρημένες ακολουθίες γνωστές ως άμεσες επαναλήψεις.

2. Μεταγραφή και επεξεργασία του CRISPR RNA (CRRNA) :

Οι συστοιχίες CRISPR μεταγράφονται σε ένα μόριο προδρόμου CRISPR RNA (pre-crRNA). Αυτό το προ-crRNA στη συνέχεια επεξεργάζεται από τις πρωτεΐνες CAS, δημιουργώντας ώριμα CRRNAs που είναι σύντομα και περιέχουν μια συγκεκριμένη αλληλουχία συμπληρωματική προς το εισβάλλοντα ιικό DNA ή RNA.

3. Στόχευση και διάσπαση ιικών νουκλεϊνικών οξέων:

Το ώριμο cRRNA συσχετίζεται με συγκεκριμένες πρωτεΐνες CAS, σχηματίζοντας ένα σύμπλεγμα ριβονουκλεοπρωτεΐνης. Αυτό το σύμπλεγμα λειτουργεί ως μοριακός οδηγός, κατευθύνοντας τις πρωτεΐνες CAS στο εισβάλλοντα ιικό DNA ή RNA. Κατά την αναγνώριση της συμπληρωματικής αλληλουχίας, οι πρωτεΐνες CAS διασπούν και καταστρέφουν τα ιικά νουκλεϊκά οξέα.

4. Μνήμη και προσαρμογή :

Τα συστήματα CRISPR-CAS εμφανίζουν ανοσολογική μνήμη. Μόλις ένας ιός έχει συναντηθεί και νικήσει, η ακολουθία πρωτο-διαστολέων από αυτόν τον ιό ενσωματώνεται στη συστοιχία CRISPR του ξενιστή, επιτρέποντας στον ξενιστή να τοποθετήσει μια γρήγορη και ισχυρή άμυνα από τις επακόλουθες λοιμώξεις από τον ίδιο ιό.

5. Τύποι συστημάτων CRISPR-CAS :

Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι συστημάτων CRISPR-CAS που ταξινομούνται σε έξι κύριους τύπους (Τύποι Ι έως VI) και περαιτέρω υποτύπους. Κάθε τύπος χρησιμοποιεί διαφορετικά σύνολα πρωτεϊνών CAS και μηχανισμούς για στόχευση νουκλεϊκού οξέος και διάσπαση.

6. Εφαρμογές CRISPR-CAS9 στη βιοτεχνολογία :

Το σύστημα CRISPR-CAS9, ιδιαίτερα ο τύπος II, έχει αποκτήσει τεράστια δημοτικότητα ως ένα ευπροσάρμοστο εργαλείο επεξεργασίας γονιδίων στη βιοτεχνολογία. Με την εκμετάλλευση της ικανότητάς του να στοχεύει συγκεκριμένες αλληλουχίες DNA, το CRISPR-CAS9 επιτρέπει ακριβείς τροποποιήσεις γονιδιωμάτων για διάφορες ερευνητικές και θεραπευτικές εφαρμογές.

Συμπερασματικά, τα συστήματα CRISPR-CAS αντιπροσωπεύουν έναν εκπληκτικό και περίπλοκο αμυντικό μηχανισμό που εξελίχθηκε από βακτηριακούς πληθυσμούς για την καταπολέμηση των ιικών εισβολών. Αυτά τα συστήματα παρέχουν μια προσαρμοστική και κληρονομική ασυλία, διασφαλίζοντας τα βακτήρια από ιογενείς λοιμώξεις σε όλες τις γενιές. Επιπλέον, οι εφαρμογές της τεχνολογίας CRISPR-CAS στη βιοτεχνολογία έχουν φέρει επανάσταση στη γενετική μηχανική και έχουν τεράστιες δυνατότητες για μελλοντικές επιστημονικές εξελίξεις και θεραπευτικές παρεμβάσεις.