CRISPR y la defensa procariota

Los procariotas se defienden contra virus y ADN foráneo mediante sistemas que van desde la restricción-modificación hasta la inmunidad adaptativa de CRISPR-Cas, que también se ha convertido en una herramienta transformadora para la edición genómica.

Definition

Los sistemas de defensa procariotas son los mecanismos moleculares mediante los cuales las bacterias y arqueas reconocen y neutralizan bacteriófagos y otros elementos genéticos foráneos, incluyendo la restricción-modificación y los sistemas inmunes adaptativos CRISPR-Cas.

Scope

Este tema abarca los sistemas de restricción-modificación que escinden el ADN foráneo mientras protegen el propio de la célula; la estructura y función de los arreglos CRISPR y las proteínas Cas; las etapas de la inmunidad adaptativa basada en CRISPR, a saber, adquisición, expresión e interferencia; y el panorama más amplio de la defensa antiviral en procariotas. También aborda cómo CRISPR-Cas fue adaptado para la edición genómica programable.

Core questions

• ¿Cómo distinguen los procariotas el ADN foráneo del propio?
• ¿Cómo proporciona CRISPR-Cas inmunidad adaptativa contra los fagos?
• ¿Cuáles son las etapas de la inmunidad CRISPR?
• ¿Cómo se reutilizó CRISPR-Cas como herramienta de edición genómica?

Key concepts

• Sistemas de restricción-modificación
• Arreglos CRISPR y espaciadores
• Proteínas Cas
• Adquisición, expresión e interferencia
• Edición genómica basada en CRISPR

Key theories

Inmunidad adaptativa CRISPR

Las repeticiones agrupadas intercaladas con secuencias espaciadoras derivadas de invasores pasados, junto con las proteínas Cas asociadas, permiten a los procariotas registrar y atacar ácidos nucleicos foráneos, constituyendo un sistema inmune adaptativo.

Mechanisms

Los sistemas de restricción-modificación utilizan una enzima de restricción para escindir el ADN foráneo no metilado, mientras que una metiltransferasa marca el genoma del huésped como propio. Los sistemas CRISPR-Cas capturan fragmentos cortos de ADN invasor como espaciadores dentro de un arreglo de repeticiones; estos son transcritos y procesados en ARN guía que dirigen las nucleasas Cas para reconocer y cortar secuencias coincidentes ante una reinfección, proporcionando una defensa basada en la memoria.

Clinical relevance

Más allá de su papel natural en la defensa microbiana, las enzimas de restricción se convirtieron en herramientas fundamentales de la tecnología del ADN recombinante, y los sistemas CRISPR-Cas han sido adaptados en plataformas de edición genómica ampliamente utilizadas con amplias aplicaciones en las ciencias de la vida.

History

Las enzimas de restricción fueron descubiertas a mediados del siglo XX y se convirtieron en herramientas esenciales para la clonación molecular. Se observaron repeticiones agrupadas en genomas bacterianos y se denominaron CRISPR a principios de la década de 2000, y trabajos posteriores revelaron su papel en la inmunidad adaptativa, lo que llevó al desarrollo de la edición genómica CRISPR-Cas.

Key figures

• Werner Arber
• Francisco Mojica

Seminal works

• jansen2002
• madigan2018

Frequently asked questions

¿Es CRISPR naturalmente un sistema de defensa o una herramienta de edición?

CRISPR-Cas evolucionó en bacterias y arqueas como un sistema inmune adaptativo que protege contra bacteriófagos y otros ADN foráneos. Los investigadores adaptaron posteriormente su maquinaria de direccionamiento en una herramienta programable para editar genomas en muchos tipos de organismos.