CRISPR-Cas как сигнатурный антивирус

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.

Материалы для интересующихся:
CRISPR-системы: иммунизация прокариот ^[1]
Редактирование генома с CRISPR/Cas9 ^[2]
Что такое CRISPR/Cas9 и как эта технология изменит медицину ^[3]
Основы работы антивирусных программ ^[4]

Автор: Xci_Gen

Источник ^[5]