Come fanno i batteri a rubare informazioni genetiche

I ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory hanno capito il meccanismo su come i batteri  "rubano" informazioni genetiche da virus e altri invasori stranieri per usarli nel proprio sistema di memoria immunologica.

"Abbiamo dimostrato che i batteri hanno bisogno solo di due proteine ​​per facilitare questo processo, cioè CAS1 e CAS2", - dice Jennifer Doudna, biochimico della Physical Biosciences Division del Berkeley Lab- e i nostri risultati fornirebbero un modo alternativo per introdurre informazioni genetiche necessarie in una cellula umana o correggere problemi in un genoma esistente." Doudna,  lavora anche con l'Università della California (UC) Dipartimento di molecolare di Berkeley e di Biologia Cellulare e Dipartimento di Chimica, ed investiga con l'Howard Hughes Medical Institute (HHMI), è l'autore di un documento su questa ricerca. Il documento è  "L’integrasi-mediata acquisizione spacer durante CRISPR-Cas immunità adattativa." L'autore è James Nuñez, membro del gruppo di ricerca dell'Università di Berkeley di Doudna .assieme ad Amy Lee e Alan Engelman. I batteri devono affrontare l’assalto senza fine da virus e invasori avidi di acido nucleico, noti come plasmidi. Per sopravvivere a questo attacco,  batteri e archeobatteri distribuiscono una varietà di meccanismi di difesa, tra cui un sistema immunitario adattativo-tipo che ruota attorno a un gruppo di DNA noto come CRISPR. L’acronimo  sta per cluster regolarmente intervallate brevi palindromi ripetizioni. Un'unità CRISPR di DNA è costituita dalla "ripetizione" di elementi, sequenze base-pair che vanno da 30 a 60 nucleotidi di lunghezza, separati da elementi "distanziatori", sequenze variabili che sono anche costituite da 30 a 60 nucleotidi di lunghezza. Attraverso la combinazione di CRISPR e  di squadre di CRISPR associate - "Cas" - proteine, i batteri sono in grado di utilizzare piccole molecole di RNA personalizzato per mettere a tacere le parti critiche del messaggio genetico di un invasore straniero e acquisire l'immunità dalle invasioni analoghe in futuro " ricordando " le infezioni precedenti. Doudna e il suo gruppo di ricerca hanno svelato i misteri dietro la memoria immunologica basata sul CRISPR-dei batteri."Abbiamo imparato ,-dice Nuñez -che i batteri possono acquisire pezzi critici di informazioni genetiche da invasori stranieri e inserire queste informazioni nel loci CRISPR del proprio genoma, come nuovi distanziatori. Questi distanziali derivati dall’esterno ​​funzionano praticamente come un banco di memoria. Finora, tuttavia, non è conosciuto il modo come questi distanziali vengono rubati dal genoma dell’invasore straniero e trasferiti nel loci CRISPR dell'ospite. Lavorando con il batterio E. coli e utilizzando high-throughput sequencing di distanziali inseriti in vitro , Doudna, Nuñez e i loro colleghi hanno scoperto che le proteine di ​​memorizzazione - CAS1 e piccole molecole RNA, CAS2 - riconoscono sequenze ripetitive nei loci CRISPR e l’obiettivo di questi siti, per il processo di inserimento distanziale."Sequenze ripetute, -dice ancora Nuñez, in forma cruciforme di CRISPR locus DNA di un batterio ospite (a forma di croce) sono strutture che reclutano CAS1 e CAS2 al sito per l'inserimento di sequenze distanziatrici. Le strutture cruciformi indicano a CAS1 e a CAS2

CAS1 e CAS2

proprio dove collocare le sequenze distanziali da un invasore straniero, un virus o un plasmide. Quando il processo è completato, il batterio ospite è ora immune da future infezioni da quello stesso tipo di virus o plasmide."  Doudna e il suo gruppo ritengono che possa essere possibile in futuro programmare le proteine CAS1 e CAS2 ​​con una sequenza di DNA che porta le informazioni desiderate, cioè, codificare per una proteina specifica, quindi inserire questo DNA nel sito appropriato del genoma cellulare di un essere umano, utilizzando ulteriori proteine ​​CAS1 e CAS2.  "Si scopre solo ora che i batteri e gli archeobatteri ,-aggiunge infine Nuñez - hanno utilizzato proteine ​​CAS1 e CAS2 nel loro processo di immunizzazione per milioni di anni. Il nostro prossimo compito sarà quello di capire le regole alla base del processo e come applicarle alle cellule umane."