11.11: CRISPR ו-crRNAs

חיידקים וארכאים רגישים לזיהומים ויראליים בדיוק כמו אאוקריוטיים; לכן, הם פיתחו מערכת חיסונית מסתגלת ייחודית כדי להגן על עצמם. חזרות פלינדרום קצרות מקובצות באופן קבוע ומרווחות וחלבונים הקשורים ל- CRISPR-Cas)-CRISPR) נמצאים ביותר מ-45% מהחיידקים הידועים וב-90% מהארכאים הידועים.

מערכת CRISPR-Cas מאחסנת עותק של דנ"א זר בגנום המארח ומשתמשת בו כדי לזהות את הדנ"א הזר לאחר הדבקה מחדש. ל-CRISPR-Cas שלושה שלבים שונים לתקוף וירוס המדביק מחדש. בשלב הרכישה, אזור ה-protospacer של דנ"א ויראלי מבוקע על ידי מערכות CRISPR. אזור ה-protospacer הספציפי מזוהה עבור מחשוף בעזרת מוטיב protospacer adjucent)PAM) הקיים בדנ"א הנגיפי של המטרה. רצף ה-protospacer המפוצל לאחר מכן משולב בלוקוס CRISPR החיידקי. בשלב הביטוי, הגנים CRISPR ו-CAS מתועתקים לייצור RNA Pre-CRISPR)crRNA) ו-CAS mRNA. לאחר מכן הקדם-crRNA מעובד לייצור crRNA בוגר. בשלב ההפרעה, crRNA וחלבון Cas המתורגם יוצרים קומפלקס ריבונוקלאופרוטאין המכוון ומבקע את הדנ"א הנגיפי באופן ספציפי לרצף.

ניתן לחלק את מערכות CRISPR-Cas לשלושה סוגים נפרדים המאופיינים בסוגי חלבון ה-Cas שלהם. במערכות מסוג I, ל-Cas3 יש פעילות הליקאז וכן פעילות נוקלאזית. חלבוני Cas נוספים מרובים יוצרים שבירה דו-גדילית בדנ"א ויראלי. במערכות מסוג II, הנוקלאז Cas9 פועל לבד כדי לבקוע את הדנ"א. בנוסף ל-crRNA, למערכות מסוג II יש גם CRISPR RNA)tracrRNA) המפעיל טרנס-הפעלה הנדרש להבשלת ה-crRNA. במערכות מסוג III, ל-Cas10 יש פונקציה לא ידועה, אך בדומה למערכת מסוג I, הוא זקוק למספר חלבונים עבור פיצול הדנ"א. מערכת סוג III יכולה גם לכוון ל-RNA לצורך מחשוף. סוג I ו-Type III נמצאים בחיידקים ובארכאים כאחד, בעוד שעד היום סוג II נמצא רק בחיידקים. בהשוואה לטכניקות עריכת גנום קונבנציונליות כמו אנזימי הגבלה, מערכת CRISPR-Cas פשוטה יותר לשימוש, יכולה לכוון לגנים מרובים באותו ניסוי.; לכן, הוא התגלה ככלי הנדסה גנטית רב עוצמה ונמצא בשימוש נרחב כדי לשנות את הגנום של אורגניזמים פרוקריוטיים ואאוקריוטיים כאחד.