Эволюционная роль CRISPR-систем
Исследования последних нескольких лет показали, что CRISPR-системы широко распространены среди прокариот . В отличие от всех других известных механизмов защиты от мобильных генетических элементов , возникновение иммунитета под действием CRISPR-систем адаптивно. Понимание этого факта заставляет задуматься о роли случайности в возникновении основных концепций, которые легли в основу современной молекулярной биологии. Так, если бы знаменитый флуктуационный тест Лурии-Дельбрюка, в котором было показано возникновение мутаций устойчивости к бактериофагам за счет предсуществующей изменчивости, был проведен с S. thermophilus , а не с E. coli , то авторы с неизбежностью пришли бы к выводу об адаптивном механизме возникновения мутаций у бактерий: ведь подавляющее большинство мутаций устойчивости к бактериофагам у S. thermophilus возникает за счет дейсвия CRISPR-систем. С другой стороны, причины, по которым в принципе функциональные CRISPR-системы, присутствующие у E. coli, очевидно не играли никакой роли в возникновении устойчивости ни к одному из известных и широко распространенных фагов этой бактерии, также остаются совершенно неясными.
Очевидно, что CRISPR-системы способны обеспечить защиту клетки от бактериофагов и коньюгативных плазмид и таким образом могли бы ограничивать два важнейших пути ГПГ в природе - трансдукцию и конъюгацию . Некоторые косвенные факты подтверждают важную эволюционную роль CRISPR-систем. Так, например, в случае Streptococcus pneumonia - микроорганизма, при исследовании которого открыта природная трансформация [ Griffith F. 1928 ], - ни один из 11-ти штаммов с известной последовательностью генома не несет CRISPR-кассет. Природная трансформация играет огромную роль в развитии пневмонии , так как не только гены вирулентности, но и гены устойчивости к антибиотикам, переносятся между штаммами главным образом с помощью трансформации [ Johnsborg O., Havarstein L.S., 2009 ]. Таким образом, можно предположить, что в данном случае CRISPR-система была элиминирована естественным отбором для обеспечения достаточной частоты трансформации. Сходные рассуждения можно применить к микроорганизму Helicobacter pylori - патогену, который активно поглощает чужеродную ДНК извне и не имеет CRISPR-систем. Впрочем, стоит отметить, что гонококки , для которых природная трансформация также очень важна, имеют CRISPR-кассеты [ Dorer M.S., et al., 2009 ].
Многие детали механизма работы CRISPR-систем остаются невыясненными и загадочными. Несомненно, что в ближайшее время в этой быстро развивающейся облaсти будут получены новые фундаментальные результаты. В частности, можно ожидать, что появятся биохимические и структурные данные, которые позволят провести детальный сравнительный анализ действия CRISPR-систем и эукариотических систем РНК-интерференции и выяснить вопрос об общности происхождения этих двух чрезычайно важных механизмов, каждый из которых основан на малых некодирующих РНК . Другим важным направлением может стать использование CRISPR-систем в биотехнологии и биомедицине, для конструирования бактериальных штаммов, предотвращения вирусных инфекций при ферментациях и селективном подавлении генов устойчивости к антибиотикам.
