Bacteriën en archaea hebben een opmerkelijk afweermechanisme ontwikkeld, het CRISPR-Cas9-systeem (Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats-CRISPR-associated Protein 9). Dit systeem fungeert als een zelfvaccinatiestrategie tegen binnendringende virussen.

1. Aanpassing: Wanneer een bacteriële cel voor de eerste keer een virus tegenkomt, vangt het een klein stukje van het virale DNA op en integreert het in zijn eigen CRISPR-locus als een spacersequentie. Deze spacer dient als registratie van de vorige infectie.

2. Expressie: Na daaropvolgende infecties door hetzelfde virus wordt de CRISPR-locus getranscribeerd in een lang RNA-molecuul dat pre-crRNA wordt genoemd. Dit pre-crRNA wordt vervolgens verwerkt om korte, volwassen crRNA-moleculen te genereren, die elk een unieke spacersequentie bevatten.

3. Doelherkenning: De volwassen crRNA-moleculen associëren zich met het Cas9-eiwit en vormen een RNA-geleid complex. Het Cas9-eiwit werkt als een moleculaire schaar, geleid door het crRNA om de complementaire virale DNA-sequentie te herkennen en eraan te binden.

4. Decolleté: Zodra het Cas9-crRNA-complex de overeenkomende virale DNA-sequentie vindt, ondergaat het Cas9-eiwit een conformationele verandering, resulterend in de splitsing van de virale DNA-streng. Dit "knipt" effectief het virale genoom en voorkomt verdere replicatie of transcriptie van het virus.

5. Immuniteit: De succesvolle targeting en splitsing van viraal DNA door het CRISPR-Cas9-systeem neutraliseert effectief het binnendringende virus. Door spacersequenties van eerdere infecties te behouden en te gebruiken, ontwikkelen bacteriële cellen een vorm van immuniteit tegen specifieke virussen, waardoor bescherming wordt gegarandeerd tegen toekomstige ontmoetingen met dezelfde virale dreiging.

6. Horizontale genoverdracht: Bacteriën kunnen ook nieuwe spacersequenties verwerven door middel van horizontale genoverdracht, waardoor ze immuniteit kunnen "lenen" van andere bacteriën. Dit maakt de verspreiding van antivirale verdedigingsmiddelen onder bacteriepopulaties mogelijk, waardoor hele microbiële gemeenschappen tegen specifieke virale infecties worden beschermd.

Het CRISPR-Cas9-systeem laat zien hoe bacteriën geavanceerde verdedigingsmechanismen hebben ontwikkeld om hun genetische integriteit en overleving te beschermen in het licht van virale uitdagingen. Het benadrukt de complexiteit en diversiteit van bacteriële aanpassingen in de voortdurende evolutionaire wapenwedloop tegen binnendringende virussen.