Hvordan bakterier genkender viral invasion og aktiverer immunforsvaret

Bakterier har sofistikerede immunsystemer, kendt som CRISPR-Cas-systemer, til at genkende og forsvare sig mod virale invasioner. Her er en generel oversigt over, hvordan bakterier genkender virusinfektion og aktiverer deres immunforsvar ved hjælp af CRISPR-Cas-systemer:

1. Påvisning af fremmed DNA:

- Bakterier overvåger konstant deres intracellulære miljø for tilstedeværelsen af ​​fremmed genetisk materiale, såsom viralt DNA eller RNA.

2. CRISPR RNA (crRNA) produktion:

- Når der påvises en viral invasion, bliver specifikke segmenter af det fremmede DNA kopieret og integreret i bakteriens eget DNA som CRISPR spacere.

- Disse CRISPR spacere transskriberes derefter til små CRISPR RNA'er (crRNA'er), der hver indeholder en kort sekvens komplementær til en region i det fremmede DNA.

3. Kaskade kompleks samling:

- CrRNA'erne danner komplekser med Cas-proteiner, en gruppe proteiner, der er essentielle for CRISPR-Cas-immunitet.

- Disse komplekser er kendt som Cascade (CRISPR-associeret kompleks til antiviralt forsvar) eller CRISPR-Cas effektorkomplekser.

4. Målgenkendelse og binding:

- Cascade-komplekset scanner det intracellulære miljø for tilstedeværelsen af ​​virale nukleinsyrer.

- Når en crRNA-sekvens matcher en komplementær sekvens i det virale DNA eller RNA, binder komplekset til målet.

5. Nukleaseaktivitet:

- Når først det er bundet til målet, udløser Cascade-komplekset nukleaseaktivitet, typisk medieret af Cas-nukleaser såsom Cas9 eller Cas12.

- Disse nukleaser genererer dobbeltstrengede DNA-brud (DSB'er) eller enkeltstrengede DNA-hak på målstedet, hvilket effektivt spalter de virale nukleinsyrer.

6. Interferens og nedbrydning:

- Spaltningen af ​​viralt DNA eller RNA forstyrrer viral replikation og transkription, hvilket interfererer med virussens evne til at formere sig i bakteriecellen.

- De fragmenterede virale nukleinsyrer nedbrydes yderligere af cellulære exonukleaser og nukleaser, hvilket fører til nedbrydning og clearance af den invaderende virus.

Ved at anvende CRISPR-Cas-systemer kan bakterier genkende og målrette mod specifikke virussekvenser, inducere målrettet DNA-spaltning og i sidste ende eliminere den virale infektion. Disse immunforsvarsmekanismer spiller en afgørende rolle i at beskytte bakterier mod forskellige virale trusler og bidrager til den samlede overlevelse og tilpasning af bakteriepopulationer.