CRISPRとcrRNA

細菌は、細菌に感染するウイルスであるバクテリオファージからの感染に絶えず直面しています。

この脅威に対処するために、細菌は、再感染の場合にバクテリオファージDNAを破壊するために、CRISPR-Casシステムとして知られる高度な適応免疫システムを進化させました。

このシステムには、バクテリオファージDNAセグメントの細菌ゲノムへの取り込み、CRISPR RNAとCasタンパク質の産生、CRISPR RNA-Casを介したバクテリオファージDNAの切断という3つの異なるプロセスが含まれます。

バクテリオファージが攻撃すると、細菌細胞の表面に付着し、そのDNAを細菌に挿入し、細菌系によって切断されます。

次に、バクテリオファージDNAの短いセグメントが、CRISPRと呼ばれる細菌ゲノムの特定の領域に追加され、規則的に間隔を空けた短い回文反復がクラスター化されます。これらは、細菌の配列リピートが、異なるバクテリオファージからの短い異なるスペーサー配列と点在しているゲノム領域です。

これらのスペーサー配列は、以前に攻撃したすべてのバクテリオファージの細菌の記憶として機能します。バクテリアはスペーサー配列を使用して、特定の種類のバクテリオファージが再び攻撃した場合に、そのDNAを迅速に同定し、破壊します。

CRISPR領域からの転写産物は、スペーサー配列と近くの細菌のリピート配列を含む約30ヌクレオチドの長さのCRISPR RNA分子を生成するために処理されます。

CRISPR関連またはCasシステムは、Casタンパク質をコードします。次に、このCasタンパク質はCRISPR RNA分子と会合して、リボ核タンパク質複合体を形成します。

同じタイプのバクテリオファージが再び攻撃すると、そのDNAはCRISPR RNAに存在する特定のスペーサー配列によって認識されます。その後、関連するCasタンパク質は、単独で、または複数のタンパク質の助けを借りて、バクテリオファージDNAの両方の鎖を切断します。

CRISPR-Casシステムとその構成要素の原理は、その相補的なガイドRNAを使用して、生物の任意の遺伝子をノックダウンまたは修飾するために使用できます。

さまざまな種類のCRISPR-Casシステムが細菌や古細菌に存在します。その中でも、CRISPR-Cas9システムは、さまざまな遺伝子を標的とするように簡単かつ効果的に再プログラムできるため、さまざまな実用的なアプリケーションで最も研究され、広く使用されているシステムの1つです。