CRISPR/Cas как сигнатурный антивирус. Часть 1

    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:
    1. Адаптации;
    2. Созревания эффекторных комплексов;
    3. 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.

    CRISPR/Cas как сигнатурный антивирус. Часть 2

    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
    Поделиться публикацией
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 16

      +3
      Спасибо. Жаль только на выходные — здесь в это время мало активности. Хотелось бы еще)
        0
        Приятно слышать! Обязательно буду писать
        0
        Еще!
          0
          Хотелось бы узнать подробнее, как это работает.
          Почему вирус гибнет, если в кассете CRISP вставлен его геном.
            +2
            Расскажу подробнее в следующих статьях.
            +1
            Кстати, 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:
              0
              Как и компьютерный антивирус, он сканирует код чужеродной ДНК в поисках «подозрительных» участков. Обнаружив таковые

              Этот момент распишите подробней, пожалуйста.
                0
                Готовлю продолжение статьи. В ней подробнее рассмотрю механизмы распознавания и нейтрализации вирусов.
                0
                Насколько большой может быть криспкассета?
                  0
                  Самая 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.
                    0
                    То есть она может расти практически неограниченно и являться косвенным признаком древности? И информация в криспкассете «не забывается»?
                      0
                      Рост 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.
                        0
                        Не 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.
                          0
                          Вы 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».
                            0
                            Спасибо 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.
                              0
                              Спасибо за ваше мнение и пожелания. Постараюсь учесть их в будущих статьях.

                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                Самое читаемое