1. Rilevamento di DNA estraneo:
- I batteri monitorano costantemente il loro ambiente intracellulare per la presenza di materiale genetico estraneo, come DNA virale o RNA.
2. Produzione di CRISPR RNA (crRNA):
- Quando viene rilevata un'invasione virale, segmenti specifici del DNA estraneo vengono copiati e integrati nel DNA del batterio come distanziatori CRISPR.
- Questi spaziatori CRISPR vengono quindi trascritti in piccoli RNA CRISPR (crRNA), ciascuno contenente una breve sequenza complementare a una regione all'interno del DNA estraneo.
3. Assemblaggio complesso in cascata:
- I crRNA formano complessi con le proteine Cas, un gruppo di proteine essenziali per l'immunità CRISPR-Cas.
- Questi complessi sono noti come Cascade (complesso associato a CRISPR per la difesa antivirale) o complessi effettori CRISPR-Cas.
4. Riconoscimento e associazione del target:
- Il complesso Cascade scansiona l'ambiente intracellulare per la presenza di acidi nucleici virali.
- Quando una sequenza di crRNA corrisponde a una sequenza complementare all'interno del DNA o dell'RNA virale, il complesso si lega al bersaglio.
5. Attività nucleasi:
- Una volta legato al bersaglio, il complesso Cascade innesca l'attività della nucleasi, tipicamente mediata dalle nucleasi Cas come Cas9 o Cas12.
- Queste nucleasi generano rotture del DNA a doppio filamento (DSB) o intaccature del DNA a filamento singolo nel sito bersaglio, scindendo efficacemente gli acidi nucleici virali.
6. Interferenza e degrado:
- La scissione del DNA o dell'RNA virale interrompe la replicazione e la trascrizione virale, interferendo con la capacità del virus di moltiplicarsi all'interno della cellula batterica.
- Gli acidi nucleici virali frammentati vengono ulteriormente degradati dalle esonucleasi e nucleasi cellulari, portando alla degradazione e all'eliminazione del virus invasore.
Utilizzando i sistemi CRISPR-Cas, i batteri possono riconoscere e prendere di mira specifiche sequenze virali, inducendo la scissione mirata del DNA e, infine, eliminando l’infezione virale. Questi meccanismi di difesa immunitaria svolgono un ruolo cruciale nella protezione dei batteri da varie minacce virali e contribuiscono alla sopravvivenza generale e all’adattamento delle popolazioni batteriche.
