Forscher entwickeln ein physikalisches Modell des optimalen Immunrepertoires für Bakterien

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Bevor CRISPR als Werkzeug zur Bearbeitung von Genen bekannt wurde, hatten Forscher diese einzigartige Familie von DNA-Sequenzen und ihre Rolle bei der bakteriellen Immunantwort gegen Viren untersucht.

Die als CRISPR-Kassette bekannte Region des bakteriellen Genoms enthält Teile des viralen Genoms, eine genomische “Erinnerung” an frühere Infektionen.

Überraschend für die Forscher war jedoch, dass die Bakterien, anstatt Reste jedes einzelnen angetroffenen Virus zu speichern, nur einen kleinen Teil dessen, was sie in ihrem relativ großen Genom speichern konnten, behalten.Arbeiten, die in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurden, liefern ein neues physikalisches Modell, das dieses Phänomen als einen Kompromiss zwischen der Fähigkeit von Gedächtnisbakterien, wie viel sie behalten können, und der Effizienz, mit der sie auf neue Virusinfektionen reagieren können, erklärt.

Unter der Leitung von Forschern der American Physical Society, des Max-Planck-Instituts, der University of Pennsylvania und der University of Toronto fand das Modell eine optimale Größe für das Immunrepertoire eines Bakteriums und liefert grundlegende theoretische Einblicke in die Funktionsweise von CRISPR.In den letzten Jahren hat sich CRISPR zu einer Plattform für die Biotechnologie entwickelt, die das Potenzial hat, Medizin und Biotechnik zu verändern.

Bei Bakterien ist CRISPR ein vererbtes und anpassungsfähiges Immunsystem, das es den Zellen ermöglicht, Virusinfektionen zu bekämpfen: Wenn Bakterien mit Viren in Kontakt kommen, erwerben sie Stücke der viralen DNA, so genannte Spacer, die in das Genom der Bakterien eingebaut werden.

Wenn die Bakterien von einem neuen Virus angegriffen werden, werden Spacer aus dem Genom kopiert und an molekulare Maschinen, die als Cas-Proteine bezeichnet werden, gebunden.

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Wenn die angehängte Sequenz mit der des viralen Eindringlings übereinstimmt, zerstören die Cas-Proteine das Virus.Bakterien haben eine andere Art von Immunsystem als Wirbeltiere, erklärt der Seniorautor Vijay Balasubramanian, aber das Studium von Bakterien ist eine Gelegenheit für Forscher, mehr über die Grundlagen der adaptiven Immunität zu lernen.

Bakterien sind einfacher, wenn man also die Logik des Immunsystems verstehen will….

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