Wie Bakterien verteidigen sich gegen Viren?

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So wie Menschen anfällig für Viren sind, haben Bakterien ihre eigenen Viren zu bewältigen. Diese Viren – bekannt als Phagen-heften sich an die Oberfläche von Bakterienzellen, injizieren ihr genetisches Material und verwenden die Enzyme der Zellen, um sich zu vermehren, während sie ihre Wirte zerstören.

Um sich gegen einen Phagen-Angriff zu verteidigen, haben Bakterien eine Vielzahl von Immunsystemen entwickelt., Wenn beispielsweise ein Bakterium mit einem Immunsystem, das als CRISPR-Cas bekannt ist, auf einen Phagen trifft, erzeugt das System ein „Gedächtnis“ des Eindringlings, indem es einen kleinen Ausschnitt des genetischen Materials des Phagen erfasst. Die Stücke der Phagen-DNA werden in kleine Moleküle kopiert, die als CRISPR-RNAs bekannt sind, die sich dann mit einem oder mehreren Cas-Proteinen zu einer Gruppe verbinden, die als Cas-Komplex bezeichnet wird. Dieser Komplex patrouilliert das Innere der Zelle und trägt die CRISPR-RNA zum Vergleich, ähnlich wie ein Detektiv einen Fingerabdruck verwendet, um einen Verbrecher zu identifizieren., Sobald eine Übereinstimmung gefunden ist, zerhacken die Cas-Proteine das eindringende genetische Material und zerstören den Phagen.

Es gibt verschiedene Arten von CRISPR-Cas-Systeme. Typ-III-Systeme gehören zu den am weitesten verbreiteten in der Natur und sind insofern einzigartig, als sie eine nahezu undurchdringliche Barriere für Phagen darstellen, die versuchen, Bakterienzellen zu infizieren. Medizinische Forscher untersuchen die Verwendung von Phagen als Alternativen zu herkömmlichen Antibiotika und daher ist es wichtig, Wege zu finden, um diese Immunreaktionen bei Bakterien zu überwinden., Es bleibt jedoch unklar, wie genau CRISPR-Cas-Systeme vom Typ III in der Lage sind, eine solche effektive Verteidigung zu montieren.

Chou-Zheng und Hatoum-Aslan verwendeten genetische und biochemische Ansätze, um das CRISPR-Cas-System vom Typ III bei einem Bakterium namens Staphylococcus epidermidis zu untersuchen. Die Experimente zeigten, dass zwei Enzyme namens PNPase und RNase J2 eine entscheidende Rolle bei der vom System ausgelösten Abwehrreaktion spielten. PNPase half bei der Erzeugung von CRISPR-RNAs, und beide Enzyme waren erforderlich, um genetisches Material durch eindringende Phagen zu zerstören.,

Frühere Studien haben gezeigt, dass PNPase und RNase J2 Teil einer Maschine in Bakterienzellen sind, die normalerweise beschädigtes genetisches Material abbaut. Daher zeigen diese Ergebnisse, dass sich das CRISPR-Cas-System vom Typ III in S. epidermidis entwickelt hat, um sich mit einem anderen Weg zu koordinieren, der den Bakterien hilft, Angriffe von Phagen zu überleben. CRISPR-Cas Immunsysteme haben die Grundlage für eine Vielzahl von Technologien gebildet, die die Genetik und biomedizinische Forschung weiter revolutionieren., Daher kann diese Arbeit neben der Unterstützung der Suche nach Alternativen zu Antibiotika möglicherweise die Entwicklung neuer Gentechnologien in der Zukunft anregen.