Разбираемся в противовирусном иммуннитете бактерий CRISPR/Cas, сравнивая с сигнатурным антивирусом.
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
Автор: Xci_Gen
