CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, короткие палиндромные кластерные повторы) — участки некодирующей ДНК из чередующихся повторов и спейсеров, фрагментов геномов паразитирующих на этой бактерии вирусов.
CRISPR-кассета — своеобразная антивирусная база, в ней упорядочено хранятся данные об угрозах. Спейсеры выступают в роли сигнатур: записанные в них фрагменты ДНК распознают вирусы и запускают защитные механизмы.
Антивирусная защита клетки состоит из трех этапов:
- Адаптации;
- Созревания эффекторных комплексов;
- Иммунного ответа.
Адаптация — приобретение новых спейсеров. Спейсеры, как сигнатуры, нельзя создать без взаимодействия с вирусом.
При заражении бактерии из чужеродного генома вырезается фрагмент, по которому в будущем распознается этот вирус.
В адаптации участвует белковый комплекс Cas. Как и компьютерный антивирус, он сканирует код чужеродной ДНК в поисках «подозрительных» участков. Обнаружив таковые, Cas вырезает фрагмент вирусного генома и встраивает как спейсер в CRISPR-кассету.
Спейсер защищает бактерию, пока совпадает с геномом вируса.
Вирус накапливает точечные мутации, теряя сходство со спейсером, и этим ослабляет защиту бактерии. Схожим образом действуют полиморфные компьютерные вирусы — меняют себя при каждом новом заражении, затрудняя обнаружение.
Спейсеры, уже записанные в CRISPR-кассету, бесполезны в борьбе с новым вирусом. CRISPR/Cas, как антивирусная база, нуждается в регулярном обновлении.
Корректно работающая CRISPR/Cas нейтрализует вирусные инфекции и препятствует встраиванию чужеродного генома в геном клетки, такого бэкдора на уровне ДНК.
CRISPR, как и антивирус, ошибается. Для CRISPR характерна ошибка типа false positive — спейсеры иногда совпадают с собственным геномом клетки, тогда защитные механизмы работают по аутоиммунному сценарию, разрушают ДНК бактерии.
Материалы для интересующихся:
CRISPR-системы: иммунизация прокариот
Редактирование генома с CRISPR/Cas9
Что такое CRISPR/Cas9 и как эта технология изменит медицину
Основы работы антивирусных программ
Комментарии (16)
ra3vdx
15.05.2016 16:12+1Кстати, CRISPR-кассеты можно патентовать. Именно это делает компания Danisco, производящая заквастки для молочной промышленности, устойчивые к фагам. Таким образом, бактерии с последовательностями, созданные методом генной инженерии, защищённые патентом (закваску), можно продать сильно больше одного раза. Подробно об этом рассказывает Константин Северинов:
mkovalevich
15.05.2016 17:02Как и компьютерный антивирус, он сканирует код чужеродной ДНК в поисках «подозрительных» участков. Обнаружив таковые
Этот момент распишите подробней, пожалуйста.
Xci_Gen
15.05.2016 17:05Готовлю продолжение статьи. В ней подробнее рассмотрю механизмы распознавания и нейтрализации вирусов.
VaalKIA
15.05.2016 18:24Насколько большой может быть криспкассета?
Xci_Gen
15.05.2016 18:31Самая большая из обнаруженных CRISPR- кассет — CRISPR протеобактерии Haliangium ochraceum, она содержит 587 спейсеров.
В геноме может встречаться больше одной кассеты: в метаногенной термофильной архее Methanocaldococcus jannaschii 18 кассет занимают почти 1% генома.VaalKIA
15.05.2016 19:25То есть она может расти практически неограниченно и являться косвенным признаком древности? И информация в криспкассете «не забывается»?
Xci_Gen
15.05.2016 19:43Рост кассеты ограничивается стремлением бактерии к минимализации генома.
По содержанию кассеты можно судить о развитии определенного штамма бактерий. CRISPR/Cas — скорее индивидуальная история болезни, а не хронология эволюции.
Если бактерия заразилась вирусом только один раз, спейсер этого вируса может быть утерян в результате рекомбинации между повторами кассеты.VaalKIA
15.05.2016 20:13Не совсем понял ответ, там ведь нет приоритетов, какая разница сколько раз заразилась вирусом бактерия? Я предполагаю, что заразившись несколько раз, могут разные участки вируса попасть как отдельные спейсеры, таким образом защита против этого вируса будет более устойчивой. Или, может быть и два одинаковых спейсера?
Про рекомбинацию, честно говоря, всегда считал, что бактерии размножаются только репликацией, мой вопрос именно к этому способу и относится.Xci_Gen
15.05.2016 20:27Вы правы. Одному вирусу может соответствовать несколько спейсеров, и тогда бактерия окажется более защищенной перед этим вирусом.
Говоря о рекомбинации между повторами кассеты, я имела ввиду, что CRISPR-кассета оптимизируется. В результате, какие-то спейсеры могут удаляться, тогда информация «забывается».VaalKIA
18.05.2016 20:25Спасибо за развёрнутые ответы, было бы интересно узнать и про методы оптимизации и про то, как защита от вирусов устроена у людей (какие-то связывающие Т клетки, но на практике все объяснения приводят какие-то факты, но пчему это вообще работает не поняно, вот общепопулярно было бы весьма ксатти). А по поводу статьи, видео Северинова в комментариях в 10 раз интересней и понятней.
Meklon
Спасибо. Жаль только на выходные — здесь в это время мало активности. Хотелось бы еще)
Xci_Gen
Приятно слышать! Обязательно буду писать