Локусы CRISPR способны выполнять задачи иммунитета в организме только при присутствии генов, расположенных непосредственно близко с CRISPR. Перечень данных генов определяется типом системы CRISPR Cas.

Что такое локусы CRISPR?

Данные локусы представляют собой короткие прямые повторы, отделяющиеся друг от друга неповторяющимися спейсерами, которые происходят от ДНК чужеродных генов. С ними могла сталкиваться сама клетка или ее предшественники. Величина спейсеров, как правило, сопоставима с величиной повторов. Перед цепочкой повторов находится лидирующая последовательность, имеющая в своем составе промотор, с него и начинается направленная транскрипция повторов и CRISPR спейсеров. Они полностью интегрируются в генотип клетки, передаются при делении ее потомкам. Важно отметить, что интеграция новых клеток в геном бактерий сочетается с потерей чужеродных и лишних генов. В связи с этим бактерии могут избежать большого увеличения генома.

Принципы методики

CRISPR – новейшая технология исправления геномов высших организмов, которая основана на иммунитете бактерий. Ее принцип заключается в особых частях бактериальной ДНК, короткие кластерные палиндромные повторы. Между одинаковыми повторами находятся части ДНК, отличающиеся друг от друга, они соответствуют частям геномов вирусов, которые паразитируют на этой бактерии. Если вирус оказывается в бактериальной клетке, он проявляется специальными Cas-белками, связанными с РНК. Если часть вируса уже присутствует в спейсере, белки делят вирусную ДНК, уничтожая ее, чтобы защитить клетку от инфекции.

В 2013 году несколько команд ученых показали, что с помощью технологии CRISPR можно добиться не только изменений в клетках бактерий, но и у высших организмов. Так, эта система поможет исправить неправильные генные последовательности и вылечить таким способом некоторые наследственные болезни человека.

Как была открыта иммунная система бактерий?

Ученые не могли даже подумать, что практическая возможность вылечить генетические заболевания людей появится именно благодаря бактериям. В восьмидесятых годах японцы частично секвенировали ген кишечной палочки, и подобрали интересный участок, не кодирующий ничего. Данный участок имел повторяющиеся последовательности клеток которые были разделены вариабельными частями – спейсерами. Присутствие некодирующиего протяженного участка стало удивлением, поскольку бактерии относятся к своей ДНК экономно, и не несут, как правило, лишних последовательностей. Позднее такие кассеты со спейсерами были найдены у большей части бактерий и архей, и их назвали CRISPR.

Для бактерий этого типа характерно присутствие большого числа штаммов, которые нередко значительно отличаются между собой. Штаммы в определенном смысле можно рассмотреть как аналоги пород животных. К примеру, одни штаммы безобидны, а другие крайне опасны. У различных видов бактерий была выявлена вариабельность и полиморфизм.