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L’immunità dei CRISPR nella vita reale

La lotta per la sopravvivenza tra ospite e parassita è costellata di meccanismi di resistenza, resi inefficaci da sistemi sviluppatisi per eludere o evitare l’immunità. La lotta tra un batterio che può provocare la polmonite e i suoi virus è un esempio lampante di evoluzione della resistenza.
L’immunità dei CRISPR nella vita reale
I virus sono la forma più estrema di parassiti, non possedendo alcun meccanismo proprio capace di produrre proteine, sfruttano proditoriamente il DNA dell’ospite per la riproduzione e la diffusione. Nel corso dell’evoluzione, però, i batteri hanno escogitato meccanismi di resistenza; tra quelli forse studiati più recentemente rientra il sistema CRISPR/Cas.

Il progetto PROTECT (Prokaryotic evolution of CRISPR targeting), finanziato dall’UE, ha indagato sulla significatività biologica del sistema CRISPR/Cas nella Pseudomonas aeruginosa, in condizioni ecologiche reali. Nonostante una conoscenza approfondita della biochimica del sistema, è ancora relativamente ignota la sua rilevanza evolutiva di fronte a virus infettanti, i fagi.

Utilizzando mutanti knockout del sistema CRISPR-Cas, i ricercatori hanno esaminato gli effetti di competizione tra i batteri e i fagi DMS3, in ambienti caratterizzati da elevati e bassi nutrienti. Come previsto, a causa dei “costi” differenti, a fronte di una bassa esposizione a fagi, il sistema CRISPR-Cas risulta favorito. A elevata esposizione, però, l’immunità mediata da modificazione superficiale risulta migliore, in termini di sopravvivenza.

È stato sorprendente notare che, dopo circa 700 generazioni batteriche, la coevoluzione presentava vita molto breve e il fago si estingueva rapidamente. Secondo modelli precedenti, la resistenza basata su CRISPR dovrebbe favorire la sopravvivenza sia dell’ospite che del parassita, mentre il virus si evolve per superare l’immunità di CRISPR. Tuttavia, in base a un’analisi teorica ed esperimenti, i ricercatori hanno scoperto che, per ottenere tale effetto, sarebbe necessaria la specificità del processo d’infezione unita a un’elevata diversità allelica di CRISPR.

I ricercatori hanno anche esaminato la dinamica e la sequenza di distanziatori nel locus di CRISPR, dove sequenze di DNA estranee sono integrate per fornire un’immunità specifica per sequenza. Il sequenziamento ha rivelato la duplicazione dei distanziatori e la perdita occasionale di materiale genetico durante l’esperimento di coevoluzione.

La coevoluzione di breve vita dei batteri e dei relativi fagi fa propendere per l’esistenza di un’incapacità di superare l’immunità di CRISPR per mutazione individuale. I ricercatori ipotizzano che l’evoluzione di proteine anti-CRISPR venga favorita per bloccare questo specifico sistema immunitario.

PROTECT ha divulgato le attività attraverso documenti pubblicati su giornali di alto profilo, come Current Biology e Nature Reviews Microbiology. La ricerca realizzata dal progetto prospetta possibilità di applicazione nella lotta alla resistenza agli antimicrobici e nella terapia fagica.

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Keywords

CRISPR, virus, Pseudomonas aeruginosa, fagi, coevoluzione
Numero di registrazione: 183021 / Ultimo aggiornamento: 2016-07-18
Dominio: Biologia, Medicina