Hvordan bakterier 'selvvaccinerer' mod virale angribere

Bakterier og archaea har udviklet en bemærkelsesværdig forsvarsmekanisme kaldet CRISPR-Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats-CRISPR-associeret protein 9) systemet. Dette system fungerer som en selvvaccinationsstrategi mod invaderende vira.

1. Tilpasning: Når en bakteriecelle møder en virus for første gang, indfanger og integrerer den et lille stykke af det virale DNA i sit eget CRISPR-locus som en spacer-sekvens. Denne spacer tjener som en registrering af den tidligere infektion.

2. Udtryk: Efter efterfølgende infektioner med den samme virus transskriberes CRISPR-locuset til et langt RNA-molekyle kaldet pre-crRNA. Dette præ-crRNA behandles derefter for at generere korte, modne crRNA-molekyler, som hver indeholder en unik spacer-sekvens.

3. Målgenkendelse: De modne crRNA-molekyler associerer med Cas9-proteinet og danner et RNA-styret kompleks. Cas9-proteinet fungerer som en molekylær saks, styret af crRNA'et til at genkende og binde til den komplementære virale DNA-sekvens.

4. Spaltning: Når først Cas9-crRNA-komplekset finder den matchende virale DNA-sekvens, gennemgår Cas9-proteinet en konformationsændring, hvilket resulterer i spaltning af den virale DNA-streng. Dette "skærer" effektivt det virale genom og forhindrer yderligere replikation eller transkription af virussen.

5. Immunitet: Den vellykkede målretning og spaltning af viralt DNA af CRISPR-Cas9-systemet neutraliserer effektivt den invaderende virus. Ved at bevare og bruge spacer-sekvenser fra tidligere infektioner udvikler bakterieceller en form for immunitet mod specifikke vira, hvilket sikrer beskyttelse mod fremtidige møder med den samme virale trussel.

6. Horisontal genoverførsel: Bakterier kan også erhverve nye spacer-sekvenser gennem horisontal genoverførsel, hvilket giver dem mulighed for at "låne" immunitet fra andre bakterier. Dette muliggør spredning af antiviralt forsvar blandt bakteriepopulationer, hvilket hjælper med at beskytte hele mikrobielle samfund mod specifikke virusinfektioner.

CRISPR-Cas9-systemet demonstrerer, hvordan bakterier har udviklet sofistikerede forsvarsmekanismer for at sikre deres genetiske integritet og overlevelse i lyset af virale udfordringer. Det fremhæver forviklingerne og mangfoldigheden af ​​bakterielle tilpasninger i det konstante evolutionære våbenkapløb mod invaderende vira.