Odporność CRISPR w prawdziwym życiu
Wirusy to największe pasożyty; nie mają własnych mechanizmów wytwarzania białek i korzystają z DNA żywiciela do reprodukcji i rozprzestrzeniania się. W toku takiej ewolucji bakterie wytworzyły jednak mechanizmy obronne, z których najintensywniej badanym w ostatnim czasie jest system CRISPR/Cas. W ramach finansowanego ze środków UE projektu PROTECT (Prokaryotic evolution of CRISPR targeting) zbadano biologiczne znaczenie systemu CRISPR/Cas w Pseudomonas aeruginosa w rzeczywistych warunkach ekologicznych. Pomimo dogłębnej wiedzy w zakresie biochemii systemu, nadal niewiele wiadomo na temat jego ewolucyjnego znaczenia w obliczu atakujących wirusów – fagów. Dzięki zastosowaniu mutantów typu knockout systemu CRISPR-Cas badacze przeanalizowali efekty rywalizacji pomiędzy bakterią i fagami DMS3 zarówno w środowisku bogatym, jak i ubogim w składniki odżywcze. Zgodnie z oczekiwaniami, faworyzowany jest system CRISPR-Cas ze względu na inne "koszty" i niską ekspozycję fagów. Przy większej ekspozycji to odporność warunkowana modyfikacją powierzchniową jest najlepszą formą dla przetrwania. Zaskoczeniem było to, iż po blisko 700 generacjach bakterii, koewolucja była bardzo krótka i fagi szybko wyginęły. Zgodnie z wcześniejszymi modelami, odporność oparta o CRISPR powinna sprzyjać przetrwaniu zarówno żywiciela, jak i pasożyta, gdyż wirus rozwija się, tak aby pokonać odporność CRISPR. W oparciu o teoretyczne analizy i eksperymenty badacze odkryli, że specyficzność procesu zapalnego połączona z dużą różnorodnością alleli CRISPR jest warunkiem koniecznym do osiągnięcia tego celu. Badacze przeanalizowali również dynamikę i sekwencję elementów systemowych w locus CRISPR, gdzie obce sekwencje DNA integrowane są w celu zapewniania oporności specyficznej dla sekwencji. Podczas eksperymentu koewolucji sekwencjonowanie ujawniło powielenie elementów odległościowych i okazjonalną utratę materiału genetycznego. Krótka koewolucja bakterii i jej fagów wskazuje na fakt, że pojedyncza mutacja nie może pokonać odporności CRISPR. Badacze sugerują, że ewolucja białek anty-CRISPR faworyzowana jest w blokowaniu tego układu odpornościowego. Wyniki projektu PROTECT zostały opublikowane w formie artykułów w prestiżowych czasopismach, takich jak Current Biology i Nature Reviews Microbiology. Oczekuje się, że badania prowadzone w ramach projektu zostaną wykorzystane w zwalczaniu oporności przeciwbakteryjnej i terapii fagowej.
