Продолжаем разбираться в иммунитете бактерий CRISPR/Cas через сравнение с антивирусом, подробнее рассматриваем механизмы распознавания и нейтрализации вирусов.




CRISPR/Cas, как антивирусная программа, для работы требует активации.
Ключ активации — гены cas. На геномной ДНК они расположены перед CRISPR-кассетой. Продукты работы генов cas — Cas-белки. Эти белки участвуют в каждом этапе работы бактериального иммунитета.



Генетическая информация CRISPR-кассеты переносится в длинную молекулу РНК pre-crRNA. Молекула pre-crRNA состоит из повторов и комплементарных вирусам участков.

Белки Cas разрезают pre-crRNA на кусочки crRNA, содержащему один повтор и участок, и объединяются с ними. Получаются Cas-crRNA комплексы для обнаружения и нейтрализации вируса.

Cas-crRNA обнаруживает вирус за счет образования связи crRNA с комплементарным ему участком чужеродного генома.

Затем белки Cas благодаря своей эндонуклеазной и экзонуклеазной активности уничтожают вирусную ДНК, разрезая ее.

Остатки вирусной ДНК и другие чужеродные фрагменты связываются белками Cas и встраиваются в CRISPR-кассету как новые спейсеры. Встраивание спейсеров сопровождается оптимизацией генома клетки, утратой чужеродных и избыточных генов.

Образование Cas-crRNA комплексов, обнаружение и нейтрализация вирусов, формирование новых спейсеров соответствуют циклу "prevention, detection, reaction and prediction" («предупреждение, обнаружение, противодействие и прогноз») адаптивной архитектуры безопасности.



Иммунитет CRISPR/Cas защищает клетку от трансформации плазмидами, лизогенизации и индукции вирусов.
Трансформация — своеобразный червь: клетка изменяется чужеродной днк, эти изменения закрепляются, наследуются и переносятся горизонтально.
Лизогенизация и индукция — встраивание вируса в ДНК клетки и последующая активация, бэкдор.

Вирусы тоже умеют защищаться: изменять собственный геном и вырабатывать анти-CRISPR белки для непосредственного воздействия на иммунитет клетки. Так же, как компьютерные зловреды используют полиморфизм, чтобы затруднить обнаружение, и атакуют антивирусы.

Эволюционная гонка вооружений иммунитета и вирусов
идет параллельно в двух временных масштабах: приобретение вирусами точечных мутаций и создание новых спейсеров занимает часы или дни, изменение генов CRISPR и анти-CRISPR идет тысячи лет.

CRISPR/Cas как сигнатурный антивирус. Часть 1

Материалы для интересующихся:
Darwinism in IT Security: Adapt or Die
Почему бактериофагам трудно бороться с иммунной системой бактерий
Designing an Adaptive Security Architecture for Protection from Advanced Attacks
Основные моменты работы иммунной системы