I batteriofagi (fagi) sono virus che infettano e si replicano all'interno dei batteri. I fagi sono abbondanti nell’ambiente e svolgono un ruolo cruciale nella regolazione delle popolazioni batteriche. I batteri hanno sviluppato vari meccanismi di difesa per proteggersi dalle infezioni dei fagi. Un meccanismo di difesa scoperto di recente prevede l’uso dei sistemi CRISPR-Cas.
2. Sistemi CRISPR-Cas
I sistemi CRISPR-Cas sono sistemi immunitari adattivi presenti nei batteri e negli archaea. Questi sistemi forniscono protezione contro l'infezione dei fagi prendendo di mira e distruggendo gli acidi nucleici estranei. I sistemi CRISPR-Cas sono costituiti da due componenti principali:array CRISPR e proteine Cas.
- Array CRISPR contengono sequenze brevi e ripetitive intervallate da sequenze spaziatrici uniche. Queste sequenze spaziatrici derivano da precedenti infezioni da fagi e servono come registrazione degli incontri passati con i fagi.
- Proteine Cas sono responsabili del riconoscimento e della scissione degli acidi nucleici estranei. Quando un fago infetta un batterio, le proteine Cas utilizzano le sequenze spaziatrici nell'array CRISPR per guidarle verso il DNA del fago. Le proteine Cas poi scindono il DNA del fago, impedendo al fago di replicarsi e diffondersi.
3. Sviluppo della resistenza ai fagi
Lo sviluppo della resistenza ai fagi attraverso i sistemi CRISPR-Cas prevede le seguenti fasi:
1. Infezione iniziale: Un fago infetta il batterio e inizia a replicarsi.
2. Adattamento CRISPR: Il batterio riconosce e cattura una breve sequenza dal DNA del fago. Questa sequenza è integrata nell'array CRISPR come nuovo spaziatore.
3. Espressione della proteina Cas: Dopo la successiva infezione da parte di un fago con DNA simile, il sistema CRISPR-Cas viene attivato e le proteine Cas vengono espresse.
4. Riconoscimento del target: Le proteine Cas utilizzano la sequenza spaziatrice nell'array CRISPR per identificare e legarsi al DNA del fago.
5. scissione del DNA: Le proteine Cas fendono il DNA del fago in siti specifici, interrompendo la replicazione del fago e prevenendo l'infezione.
4. Implicazioni e significato
Lo sviluppo della resistenza ai fagi attraverso i sistemi CRISPR-Cas ha implicazioni significative per il campo della terapia dei fagi, che utilizza i fagi per controllare le infezioni batteriche. I sistemi CRISPR-Cas possono limitare l’efficacia della terapia fagica impedendo ai fagi di infettare e uccidere i batteri. Comprendere come i batteri utilizzano i sistemi CRISPR-Cas può aiutare i ricercatori a sviluppare strategie per superare questa resistenza e migliorare l’efficacia della terapia fagica.
