Bacteriofagen (fagen) zijn virussen die bacteriën infecteren en zich in bacteriën vermenigvuldigen. Fagen zijn overvloedig aanwezig in de omgeving en spelen een cruciale rol bij het reguleren van bacteriepopulaties. Bacteriën hebben verschillende afweermechanismen ontwikkeld om zichzelf te beschermen tegen faaginfectie. Een recent ontdekt verdedigingsmechanisme omvat het gebruik van CRISPR-Cas-systemen.

2. CRISPR-Cas-systemen

CRISPR-Cas-systemen zijn adaptieve immuunsystemen die voorkomen in bacteriën en archaea. Deze systemen bieden bescherming tegen faaginfectie door vreemde nucleïnezuren te targeten en te vernietigen. CRISPR-Cas-systemen bestaan ​​uit twee hoofdcomponenten:CRISPR-arrays en Cas-eiwitten.

- CRISPR-arrays bevatten korte, repetitieve sequenties met daartussen unieke spacersequenties. Deze spacersequenties zijn afgeleid van eerdere faaginfecties en dienen als registratie van eerdere ontmoetingen met fagen.

- Cas-eiwitten zijn verantwoordelijk voor het herkennen en splitsen van vreemde nucleïnezuren. Wanneer een faag een bacterie infecteert, gebruiken de Cas-eiwitten de spacersequenties in de CRISPR-array om ze naar het DNA van de faag te leiden. De Cas-eiwitten splitsen vervolgens het DNA van de faag, waardoor wordt voorkomen dat de faag zich vermenigvuldigt en zich verspreidt.

3. Ontwikkeling van faagresistentie

De ontwikkeling van faagresistentie via CRISPR-Cas-systemen omvat de volgende stappen:

1. Eerste infectie: Een faag infecteert de bacterie en begint zich te vermenigvuldigen.

2. CRISPR-aanpassing: De bacterie herkent en vangt een korte sequentie uit het DNA van de faag. Deze reeks is als een nieuwe spacer in de CRISPR-array geïntegreerd.

3. Cas-eiwitexpressie: Bij daaropvolgende infectie door een faag met vergelijkbaar DNA wordt het CRISPR-Cas-systeem geactiveerd en komen Cas-eiwitten tot expressie.

4. Doelherkenning: De Cas-eiwitten gebruiken de spacersequentie in de CRISPR-array om het DNA van de faag te identificeren en eraan te binden.

5. DNA-splitsing: De Cas-eiwitten splitsen het DNA van de faag op specifieke plaatsen, waardoor de replicatie van de faag wordt verstoord en infectie wordt voorkomen.

4. Implicaties en betekenis

De ontwikkeling van faagresistentie via CRISPR-Cas-systemen heeft aanzienlijke implicaties voor het gebied van faagtherapie, waarbij fagen worden gebruikt om bacteriële infecties onder controle te houden. CRISPR-Cas-systemen kunnen de effectiviteit van faagtherapie beperken door te voorkomen dat fagen bacteriën infecteren en doden. Door te begrijpen hoe bacteriën CRISPR-Cas-systemen gebruiken, kunnen onderzoekers strategieën ontwikkelen om deze resistentie te overwinnen en de werkzaamheid van faagtherapie te verbeteren.