ชีววิทยามีความซับซ้อน และถั่วและสลักเกลียวพื้นฐานของมันก็ช่วยไขปริศนาบางอย่างได้ ระบบ CRISPR/Cas มีสองส่วน: บิต CRISPR และบิต Cas บิต CRISPR – หรือ “การทำซ้ำแบบ palindromic สั้น ๆ แบบคลัสเตอร์เป็นประจำ” – สะดุดในช่วงปลายทศวรรษ 1980 และ 1990 จากนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็ค่อย ๆ ปะติดปะต่อเรื่องราวเข้าด้วยกันโดยศึกษาจุลินทรีย์ที่เจริญเติบโตในลำไส้ของสัตว์และในหนองน้ำเค็ม ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคระบาดและที่ใช้ทำโยเกิร์ตและชีสแสนอร่อย
ไม่มีนักวิทยาศาสตร์คนใดรู้ว่าพวกเขากำลังจัดการกับอะไรในตอนแรก
พวกเขาเห็นการยืดออกของ DNA ที่มีรูปแบบเฉพาะ: ความยาวสั้นของลำดับซ้ำ ๆ คั่นด้วยลำดับ DNA อื่น ๆ ที่ตอนนี้เรียกว่าตัวเว้นวรรค ตัวเว้นวรรคแต่ละตัวมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว เนื่องจากบัญชีรายชื่อของ spacers อาจแตกต่างจากเซลล์หนึ่งไปยังเซลล์ถัดไปในสายพันธุ์จุลินทรีย์ที่กำหนด การตระหนักเบื้องต้นก็คือความแตกต่างเหล่านี้อาจเป็นประโยชน์สำหรับ “การพิมพ์” ทางนิติวิทยาศาสตร์ – ผู้ตรวจสอบสามารถบอกได้ว่าคดีอาหารเป็นพิษมีความเชื่อมโยงหรือถ้ามีคนขโมย วัฒนธรรมการเริ่มต้นโยเกิร์ตของบริษัท
การเผชิญหน้าอย่างใกล้ชิด
แบคทีเรียใช้ CRISPR/Cas เป็นภูมิคุ้มกันหรือป้องกันตัวเองจากผู้บุกรุก แบคทีเรียสร้างคลังสารพันธุกรรมจากผู้บุกรุกในอดีต เพื่อที่ว่าหากผู้บุกรุกคนเดิมโจมตีอีกครั้ง แบคทีเรียและลูกหลานของแบคทีเรียสามารถปิดการใช้งานได้
L. MARRAFFINI/ NATURE 2015 ดัดแปลงโดย J. HIRSHFELD
แต่การค้นพบที่น่าสงสัยก็สะสมไว้ ปรากฎว่าสเปเซอร์บางตัวตรงกับ DNA ของฟาจ จากรายงานที่ยุ่งเหยิงในปี 2548 นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นตัวอย่างหนึ่งว่า แบคทีเรียกรดแลคติกสเตรปโทค็อกคัส เทอ ร์โมฟิลัส สายพันธุ์นั้นมีสเป เซอร์ที่ตรงกับสารพันธุกรรมของฟาจที่ทราบว่าติดเชื้อส เตรปโท คอคคัส และยิ่งมีสเปเซอร์มากเท่าใด ฟาจก็จะยิ่งต้านทานการโจมตีโดยฟาจมากขึ้นเท่านั้น
สิ่งนี้เริ่มดูเหมือนภูมิคุ้มกันที่เรียนรู้หรือปรับตัวได้มาก
คล้ายกับระบบแอนติบอดีของเรา: หลังจากสัมผัสกับภัยคุกคามที่เฉพาะเจาะจง ระบบภูมิคุ้มกันของคุณจะจดจำและหลังจากนั้นคุณจะต้านทานต่อภัยคุกคามนั้น ในการทดลองคลาสสิกที่ตีพิมพ์ในScienceในปี 2550 นักวิจัยจากบริษัทอาหาร Danisco แสดงให้เห็นว่าเป็นเช่นนั้น พวกเขาสามารถเห็น spacers ใหม่เพิ่มเข้ามาเมื่อ phage ติดเชื้อS. thermophilus ต่อมา แบคทีเรียมีภูมิคุ้มกันต่อฟาจ พวกเขาสามารถประดิษฐ์ตัวเว้นวรรคฟาจเข้าไปใน DNA CRISPR และเห็นการต่อต้านเกิดขึ้น เมื่อพวกเขาเอา spacer ออกไปภูมิคุ้มกันก็หายไป
นี่เป็นข้อมูลที่มีประโยชน์สำหรับอุตสาหกรรมที่สามารถค้นหาแบคทีเรียที่ทำโยเกิร์ตในถังทั้งหมดถูกกำจัดโดยการระบาดของฟาจ Rodolphe Barrangou จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ธแคโรไลนาในเมืองราลีห์ กล่าวว่า มันเป็นช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นทั้งในด้านวิทยาศาสตร์และในเชิงพาณิชย์ ซึ่งทำงานให้กับ Danisco เป็นจำนวนมาก “ไม่ใช่แค่การค้นพบระบบเย็น แต่ยังเผยให้เห็นเทคโนโลยีต้านทานการแพร่ระบาดที่มีประสิทธิภาพสำหรับอุตสาหกรรมผลิตภัณฑ์นมด้วย” เขากล่าว
ส่วนที่สองของระบบ CRISPR/Cas คือ Cas bit ซึ่งเป็นชุดของยีนที่อยู่ใกล้กับคลัสเตอร์ของ CRISPR spacers ลำดับดีเอ็นเอของยีนเหล่านี้แนะนำอย่างยิ่งว่าพวกมันมีคำสั่งสำหรับโปรตีนที่มีปฏิสัมพันธ์กับ DNA หรือ RNA ในบางรูปแบบ — ยึดติดกับมัน ตัดมัน คัดลอกมัน คลี่คลายมัน เมื่อนักวิจัยหยุดการทำงานของยีน Cas ตัวใดตัวหนึ่ง พวกเขาเห็นว่าภูมิคุ้มกันบกพร่อง เห็นได้ชัดว่าสองบิตของระบบ CRISPR และ Cas เป็นทีม
ต้องใช้การทดลองอีกมากมายกว่าจะถึงรูปแบบพื้นฐานของวันนี้ว่าระบบ CRISPR/Cas ต่อสู้กับ phages ได้อย่างไร ไม่ใช่แค่ phages DNA จากต่างประเทศประเภทอื่นสามารถเข้าไปในจุลินทรีย์ได้ ซึ่งรวมถึงวงแหวนทรงกลมที่เรียกว่าพลาสมิดที่ส่งผ่านจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง และชิ้นส่วนของ DNA ที่เรียกว่าองค์ประกอบที่เคลื่อนผ่านได้ ซึ่งกระโดดไปมาภายในจีโนม CRISPR สามารถป้องกันผู้บุกรุกเหล่านี้ รวมทั้งรักษาจีโนมของจุลินทรีย์ให้เป็นระเบียบเรียบร้อย
กระบวนการทำงานดังนี้: ไวรัสฉีดสารพันธุกรรมเข้าไปในเซลล์ เมื่อรับรู้ถึงอันตรายนี้ เซลล์จะเลือกแถบสารพันธุกรรมจำนวนเล็กน้อยและเพิ่มเข้าไปในตัวเว้นระยะในคลัสเตอร์ CRISPR ขั้นตอนนี้เรียกว่าการสร้างภูมิคุ้มกันหรือการปรับตัว จะสร้างรายการการเผชิญหน้าที่ของเซลล์ที่มีไวรัส พลาสมิด หรือ DNA แปลกปลอมอื่นๆ เมื่อเวลาผ่านไป โดยเรียงตามลำดับเวลาย้อนกลับอย่างเป็นระเบียบ จากใหม่สุดไปเก่าสุด
ตัวเว้นวรรคที่ เก่ากว่าในที่สุดก็หลุดพ้น แต่คลัสเตอร์ CRISPR สามารถเติบโตได้นาน – เจ้าของสถิติจนถึงปัจจุบันคือ 587 spacers ในHaliangium ochraceumซึ่งเป็นจุลินทรีย์ที่ชอบเกลือที่แยกได้จากชิ้นส่วนของสาหร่ายทะเล “มันเหมือนกับการดู 600 นัดสุดท้ายที่คุณมีอยู่ในแขนของคุณ” Barrangou กล่าว “คิดถึงเรื่องนั้น”
ตัวเว้นระยะใหม่เข้าที่ ขณะนี้จุลินทรีย์ได้รับภูมิคุ้มกันแล้ว ต่อมามีการกำหนดเป้าหมาย ถ้าเฟจเดียวกันนั้นกลับเข้าไปในเซลล์อีกครั้ง จะเป็นการจดจำ เซลล์ได้ทำสำเนาอาร์เอ็นเอของตัวเว้นระยะที่เกี่ยวข้อง ซึ่งผูกกับจุดที่ตรงกันบนจีโนมของฟาจที่บุกรุก “ไกด์อาร์เอ็นเอ” นั้นนำโปรตีนของ Cas ไปยังเป้าหมายและตัดทอน DNA ของฟาจ ซึ่งทำให้ผู้บุกรุกเสียหาย
credit : princlkipe8.info prosperitymelandria.com ptsstyle.com qldguitarsociety.com realitykings4u.com
